Охрана биосферы. Учебно-методическое пособие. -

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ Алтайский государственный университет

В.А. Батенков

ОХРАНА БИОСФЕРЫ Допущено Отделением химии УМО по классическому университетскому образованию РФ в качестве методического пособия для студентов химического факультета Алтайского государственного университета

Барнаул – 2002

ББК 20.1 Б 281

Рецензенты: ст. научный сотрудник МГУ, доктор химических наук И.В. Перминова кандидат биологических наук Г.Г. Соколова

Б 281

Батенков В.А. Охрана биосферы: Учебно-методическое пособие. – Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2002. – 193 с. ISBN 5-7904-0249-6

В пособии изложены основы учения биосферы, виды воздействия на нее человека, вопросы организации охраны биосферы, основы рационального природопользования. Подробно описаны методы и процессы очистки от загрязнений атмосферы, воды и суши, в частности химические и физические методы. Предназначено для студентов химических и других естественных факультетов государственных университетов.

ISBN 5-7904-0249-6

 В.А. Батенков, 2002  Алтайский государственный университет, 2002 2

Мы не можем управлять природой иначе, как подчиняясь ей. Фрэнсис Бэкон, XVII в. ПРЕДИСЛОВИЕ Необходимость экологического воспитания и обучения людей Земли становится не только актуальной, но уже кричащей, уже нетерпящей отложения современной проблемой. Быстрый, экспоненциальный рост населения, требующий тысячекратных затрат природных ресурсов на каждого человека, особенно продуцентов, ведет к их быстрому истощению. Сокращаются леса, уменьшаются площади пахотных земель и их плодородие, выше всяких норм загрязняется вредными веществами воздух городов, вода рек, водоемов, растут пустыни, горы отходов. Однако большинство населения Земли, включая многие властные структуры, не осознает надвигающейся глобальной угрозы жизни не только человеку, но и всему живому. По-прежнему господствует беспечное, хищническое отношение человека к Природе, к биосфере и даже к самому себе (курение, пьянство, войны). Многие считают, хотя это далеко не так, что человек – высшее (божественное) создание, он – гегемон природы, ему все дозволено, ему все подчиняется, природа – его служанка, его собственность, он может ее преобразовывать и улучшать, он способен решать любые задачи экологии, биосферы, потребностей человека и т.д. Подобное мировоззрение владеет бесспорно большинством людей и постоянно воспроизводится современным воспитанием, обучением, жизненной действительностью. И в этом кроется главная экологическая опасность, поскольку такое укоренившееся мировоззрение миллиардов людей очень трудно развернуть в нужном для их же спасения направлении и исключить их деятельность, губительную для биосферы. Цель данного пособия – внести скромный вклад в экологическое просвещение, прежде всего молодежи, которая будет строителем новых отношений в биосфере. В сжатой форме и относительно просто изложены основы учения о биосфере, виды воздействия на

3

нее человека, основы рационального природопользования, вопросы организации охраны биосферы. Более подробно описаны методы и процессы очистки от загрязнений атмосферы, воды и суши, в частности, химические и физико-химические методы. Эти процессы – важный элемент создания безотходных технологий. Пособие предназначено прежде всего для студентов-химиков АГУ, которым автор несколько лет читал курс лекций по «Охране природы», а в последние годы – элективный курс «Охрана биосферы».

4

1. ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О БИОСФЕРЕ 1.1. Понятия и терминология 1.1.1. Предмет курса охраны биосферы

Охрана биосферы – это совокупность международных, государственных, политических, правовых, технических, социальноэкономических, общественных и других природоохранных мероприятий, направленных на оптимальное сохранение устойчивого равновесия в биосфере, благоприятного для жизнедеятельности живых организмов, на рациональное использование, воспроизводство и сохранение материальных и энергетических природных ресурсов и параметров природных систем в интересах существующих и будущих поколений людей. Речь идет об охране от загрязнения и вредного воздействия атмосферного воздуха, вод, земель, недр, растительного и животного мира, рыбных запасов; о сохранении в естественном виде ландшафтов; о рациональном использовании других природных ресурсов. Охрана биосферы как учебная дисциплина рассматривает общие принципы и методы обеспечения и восстановления условий жизни и природных ресурсов. Предмет курса охраны биосферы – объекты живой и неорганичной природы и их взаимосвязь; взаимодействие на эти объекты, на их взаимосвязь различных факторов; проблемы охраны биосферы и среды от вредных воздействий; воспроизводство и сохранение природных ресурсов. Основная задача курса – довести до сознания студентов элементы экологического мировоззрения, в основе которого лежит представление о единстве и взаимосвязи всех природных биогенных процессов, об их изменении под воздействием антропогенных факторов. Для химиков такие знания особенно важны, поскольку основные загрязнители природы – продукты химических процессов. Именно химики способны грамотно и правильно решать проблемы утилизации загрязнителей биосферы, проблемы защиты и охраны биосферы. 1.1.2. Понятия, терминология

Природа – все вещественное, естественное, все мироздание (Вселенная), все зримое, подлежащее пяти чувствам. В узком

5

смысле: природа – это наш окружающий мир, Земля со всеми естественными произведениями на ней. Биосфера – область распространения жизни на Земле, где осуществляется постоянное взаимодействие всего живого с неорганическими условиями среды. Биосфера охватывает биолитосферу (верхние слои литосферы), всю гидросферу и тропосферу. Термин «биосфера» впервые был предложен в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом. Основоположником современных представлений о биосфере является академик В.И. Вернадский (1863–1945).Он писал: «Биосфера – область существования живого вещества… Химическое состояние наружной коры нашей планеты, биосферы всецело находится под влиянием жизни, определяется живыми организмами». Природная среда – место обитания живых организмов, в частности, человека, которая характеризуется совокупностью физических, химических и биологических факторов, способных оказывать прямое и косвенное воздействие на организмы. Широко используемое словосочетание «Окружающая среда» является тавтологией, так как «среда» и «окружение» одно и то же (синонимы). Компоненты биосферы, помимо минеральных (косное и биокостное) веществ – это живое и биогенное вещество. Живое вещество (по В.И. Вернадскому) – совокупность тел всех живых организмов, населяющих Землю. Оно представлено биомассой растений, животных, микроорганизмов, т.е. количеством их живого вещества. Например: биомасса суши – около 6⋅1012 т, океана – 3⋅1010 т. На суше масса растений составляет 98–99%, зоомасса – 1–2%. Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности организмов: их выделения, трупы, мертвые остатки, продукты разложения, гумус, торф, уголь, нефть, отложения карбонатов и т.п. В результате фотосинтеза растительность Земли ежегодно образует около 100 млрд т органического вещества. При этом усваивается около 200 млрд т углекислого газа и выделяется во внешнюю среду около 145 млрд т кислорода. Биоценоз (греч. bios – жизнь, koinos – общий) – совокупность популяций всех видов живых организмов, населяющих определенную географическую территорию, отличающуюся от соседних территорий по химическому составу почв, вод и другим физи-

6

ческим показателям (солнечное облучение, высота над уровнем моря и т.п.). Его растительный компонент – фитоценоз; животный – зооценоз; микроорганизмы – микробиоценоз. Биотоп – участок среды обитания живых организмов с однородными условиями. Ноосфера (сфера разума) – высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней человечества, когда разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором глобального развития. По В.И. Вернадскому, «ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете»; «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого»; «Человек выступает в роли главной движущей силы природного процесса, великой, быть может, космической силы». 1.1.3. Экология

Экология (греч. oikos – дом, родина; logos – учение) – наука, изучающая условия существования живых организмов, их взаимосвязь и взаимоотношения между собой и средой, в которой они обитают. Впервые этот термин был введен в науку в 1866 г. Э. Геккелем. В развитии экологии выделяют следующие этапы. I – до конца XVIII в., когда происходило накопление данных о жизни организмов и их взаимосвязи; II – с 1807 г. – создание экологических направлений (А. Гумбольд); III – с 1859 г. – формирование экологии животных и растений как науки на основе учения Ч. Дарвина о борьбе организма за существование; IV этап– с 20-х гг. ХХ в. – становление экологии как общей биогеохимической науки. Разделы экологии. В настоящее время экология – это философия о жизни на Земле, ибо в нее включают очень широкий спектр биологических, технических, социально-экономических и иных дисциплин. Так, в зависимости от научно-технической области изучения различают биосферную, сельскохозяйственную, промышленную, химическую, математическую, медицинскую, экономическую, юридическую, социальную и другие виды экологии.

7

С учетом природной среды и ее компонентов выделяют экологию лесов, тундр, морей, пресных водоемов, городов и т.д. В зависимости от числа или размера изучаемого объекта экологию делят на автоэкологию – экологию отдельной особи, популяционную и синэкологию (греч. syn – вместе) – экологию биохимического сообщества, географическую – крупные геоэкосистемы, глобальную – учение о биосфере Земли. Автоэкология (факториальная экология) изучает взаимоотношение представителей отдельного вида живых организмов с природной средой. Она исследует совокупность экологических факторов, действующих на особь, и ответные реакции особи на их действия. Популяционная экология изучает колебания численности естественных группировок (популяций) того или иного вида живых организмов территории и причины этих колебаний. Синэкология (биогеоценология) изучает взаимоотношения между разными популяциями данного биосообщества и их особями, а также между ними и природной средой. Экология человека – особый, наиболее обширный раздел экологии, поскольку человек и человеческое сообщество не только пассивный, но и преобразующий субъект природы, биосферы, природной среды. Человек относится к типу позвоночных, классу млекопитающих, подклассу плацентарных, легиону приматов, отряду обезьян, семейству гоминад. 1.1.4. Экосистемы

Экосистема – уравновешенное сообщество живых организмов и природной среды. Биогеоценоз: 1) участок биосферы, однородный по топографическим, микроклиматическим, гидрологическим и биотическим условиям; 2) совокупность растений, животных, микроорганизмов, почвы и атмосферы на однородном участке суши. Одни ученые считают, что термины «экосистема» (А. Тенсли, 1935 г.) и «биогеоценоз» (В.Н. Сукачев, 1964 г.) – синонимы, другие полагают, что экосистема – более широкое понятие. Классификация экосистем подразделяется в зависимости от деятельности человека: естественные экосистемы, т.е. сохранившиеся в неприкосновенности; модифицированные экосистемы,

8

т.е. изменившиеся от деятельности человека; трансформированные экосистемы, т. е. преобразованные человеком. Экосистемы также различают по размерам: микро- (гниющий пень), мезо- (роща, пруд), макро- (океан, континент), глобальная экосистема (биосфера); по виду природной среды: наземные (сухопутные), береговые (литоральные), озерные (лимнические), морские и др. Основные элементы экосистем: ƒ абиотическая (неживая) среда – минеральные и биогенные вещества; ƒ продуценты (производители) – живые существа (растения, фитобактерии), способные с помощью солнечной энергии строить посредством фотосинтеза из углекислого газа, воды и минеральных веществ органические соединения; ƒ консументы (лат. consumo – потребление) – потребители органической продукции: травоядные животные – консументы 1 порядка, хищники – консументы 2 порядка; ƒ редуценты – организмы (черви, грибы, бактерии, организмы почвы), разлагающие трупы животных, растения, органические вещества. Конечные продукты разложения: СО2, NH3, вода и др. 1.2. Возникновение жизни и эволюция биосферы 1.2.1. Стадии эволюции Земли и биосферы

Эволюция (лат. evolutio – развертывание) биосферы обусловлена, во-первых, эволюцией Земли как космического объекта и, вовторых, эволюцией сообществ живых организмов. Нитархей (греч. nitos – скорлупа ореха, archaios – древний) – начальная эпоха Земли, примерно с 4,5 до 3,5 млрд лет назад. Поверхность Земли голая, покрыта гранитами и гнейсами. Осадочных пород нет. Действуют вулканы, дуют ветры. Состав исходных, ювениальных газов: N2, H2O, CO2. Есть NH3, CH4. Мало CO, H2. Свободного кислорода O2 – следы. Архей: 3,5–2,4 млрд лет назад. Начиная примерно с 3,5 млрд лет наблюдаются древнейшие осадки. Появляются условия для химического образования органических соединений и затем, примерно с 3 млрд лет, – возникновения жизни. Первые живые организмы (прокариоты – безъядерные, простейшие бактерии-продуценты. Они способны жить в анаэробной (без О2) среде под слоем воды,

9

защищающем их от жесткого ультрафиолетового изучения, связывать СО2 и соединения азота, использовать хемогенные органические вещества, генерировать кислород как продукт их жизнедеятельности. Появление в атмосфере и гидросфере биогенного кислорода в равновесии с Fe2+ привело к постепенному образованию полосчатых железорудных формаций Fe2+. Последние считают индикатором генезиса кислорода в атмосфере древней Земли и, как следствие, – индикатором развития ранней жизни на Земле. Протерофит (греч. proteros – первый, phiton – растение) – 2,4-2 млрд лет назад. Появление сине-зеленых водорослей ускорило образование атмосферного кислорода, что подтверждает широкое развитие полосчатых железорудных образований Fe2+. В атмосфере уменьшилось содержание NH3, CH4, H2, увеличилось количество O2. Протерозой (греч. zoe – жизнь): 2–0,7 млрд лет назад. Расцвет эпохи одноклеточных организмов и сине-зеленых водорослей. Увеличилось содержание кислорода в атмосфере до 3%. Появились окисленные красноцветные отложения Fe3+. Происходило образование биогенных осадков (нефть), карбонатов кальция и магния. Фанерозой (fhaneros – явный). 600–400 млн лет назад. В океане появились первые многоклеточные организмы: губки, кораллы, черви, моллюски, водоросли. 400 млн лет назад жизнь вышла на сушу, что сопровождалось быстрым ростом содержания кислорода и биомассы. 200 млн лет назад содержание O2 в воздухе достигло 21%, рост биомассы замедлился. В истории Земли эволюция биосферы и ее ресурсов иногда сопровождалась глобальными катастрофами экологического плана, что приводило к смене представителей животного и растительного мира. Так, например, массовые выбросы вулканов, горение углей и газов приводили к обширным сокращениям лесов, растительности и разрастанию пустынь, периоды похолоданий (обледенений) – к массовой гибели популяций животных и растений и т. п. Однако живой мир все же сохранился. 1.2.2. Эволюция человека

Предполагается, что человек как биологический вид появился около 5 млн лет назад. Древнейшие каменные орудия датируются в 2,5 млн лет. Заселение Америки началось 25–30 тыс. лет назад. С этих времен он активно стал заниматься охотой. Стадный

10

образ жизни человека, использование огня, возникновение обмена и закрепление информации в виде разговорного языка, а позже и в виде письменности быстро продвинули человека на значительно более высокую ступень развития, чем любого другого вида животных. Около 10 тыс. лет назад человек, вместо приспособления к внешним условиям начал приспосабливать объекты природы к своим нуждам: разводить животных, возделывать поля и т.п. В отличие от животного мира, где существуют такие природные факторы регуляции численности особей, как голодная смерть, конкуренция, хищничество, болезни, человек стал стремиться исключить или уменьшить воздействие на себя подобных факторов. Создание и совершенствование орудий труда привело к развитию ремесел, росту хозяйственной деятельности людей и возникновению первых цивилизаций. Это способствовало быстрому росту численности людей, их жизненного обеспечения, образования, культуры и, как следствие, – к развитию техники, городов. 1.3. Факторы, воздействующие на биосферу 1.3.1. Факторы, воздействующие на живые организмы

Экологические факторы – это условия среды, оказывающие существенные влияние на живые организмы. Их три группы: биотические, связанные с влиянием живых веществ; абиотические – факторы неживой среды; антропогенные, связанные с деятельностью человека. Биотические факторы. Они определяются формой взаимосвязей и взаимоотношений живых организмов, прямым воздействием одних из них на другие. Жизнедеятельность одного вида организмов может осуществляться без или с угнетением или подавлением других видов. Эти взаимоотношения – нейтрализм, конкуренция, паразитизм, хищничество, симбиоз и т.п. – складываются при совместном обитании, питании, размножении. Поэтому их делят на три группы: топические, трофические, генеративные. Топические (греч. topikos – местность) отношения – это взаимоотношения организмов при совместном проживании. Трофические (греч. trophē – питание) отношения, связанные с питанием. По способу питания живые организмы делятся на автои гетеротрофные.

11

Автотрофные организмы (продуценты) способны сами создавать себе пищу, синтезируя органические соединения из неорганических веществ. Гетеротрофные организмы используют для питания живые растения и их плоды (консументы) или мертвые растительные или животные остатки (редуценты). Генеративные отношения – это те, которые складываются на основе размножения. Абиотические факторы. К ним относят климатические, эдафические (почвенные), химические факторы. Климатические факторы – это температура, влажность, ветер, свет. Лучистая энергия Солнца – основной источник жизни на Земле. Она обеспечивает нужный температурный режим и фотосинтез зеленых растений, т.е. весь объем растительной биомассы. Климат зависит от широты расположения местности на земном шаре, наклона ее поверхности и рельефа, высоты над уровнем моря, близости больших водоемов, времени суток, года и т. п. Эдафический фактор – это совокупность физико-химических свойств почв: их структура, химический состав. Эти свойства определяют жизнедеятельность организмов в почве. Химический фактор: состав воздуха, состав воды, кислотность и состав почвенных растворов. Вода – это важнейший фактор, это среда, где возникла жизнь. Все живое содержит воду. Антропогенные факторы обусловлены деятельностью человека. Они более разнообразны, чем природные катаклизмы и часто более губительны для биосферы (см. главу 2). 1.3.2. Факторы, воздействующие на природную среду

Природная среда – это среда обитания живых организмов. На совокупность ее физических, химических и биологических жизненно важных условий вредное воздействие могут оказывать природные и антропогенные факторы. Природные бедствия, нарушающие жизнь в экосистемах, – это лесные и степные пожары, ураганы, наводнения, землетрясения, вулканическая деятельность, падение крупных астероидов. Антропогенные факторы. Рост численности людей, их бытовая и производственная деятельность особенно за последнее столетие существенно влияют на биогеохимическое равновесие в био-

12

сфере, на воспроизводство ее ресурсов. В дальнейшем этим факторам будет уделено наибольшее внимание. 1.4. Круговорот вещества и энергии в биосфере 1.4.1. Круговорот биогенного вещества и энергии в биосфере

Виды круговорота: биохимический, энергетический, вещественный. Биогеохимические циклы – это круговые движения химических элементов между организмами и природной средой. Общая схема круговорота биогенного вещества: а) фотосинтез органических веществ; б) их использование живыми организмами, в) редукция (возвращение) органических веществ в неорганические. В процессе фотосинтеза органических веществ и роста тканей растений, т.е. жизнедеятельности продуцентов, используются энергия Солнца, вода и минеральные вещества: соединения углерода, азота, фосфора, кальция, натрия, калия и других элементов. Часть биомассы продуцентов, вода, кислород, некоторые минеральные вещества обеспечивают жизнедеятельность консументов 1 порядка – травоядных животных. Последние, вместе с рядом неорганических веществ – источник жизни консументов 2 порядка – хищников. После гибели живых организмов их органические вещества попадают обратно в природную среду. Здесь они претерпевают различные превращения, перемещения и в итоге с помощью редуцентов минерализируются. Биогеохимические циклы носят круговой, примерно на 99% замкнутый характер. Иными словами они почти не имеют отходов. Один процент – это соединения углерода в земной коре (известняк, нефть, уголь), дополнительный кислород в воздухе. Потоки энергии в экологических системах. Источником энергии для биосферы является Солнце. Ее количество, поглощаемое поверхностью Земли, уравновешивается энергией теплового излучения, что сохраняет тепловой баланс Земли почти на постоянном уровне. В пределах биосферы, отдельной экосистемы из энергии солнца С примерно в 13 МДж/м2, падающей в среднем за день в зоне умеренного климата на поверхность Земли и на растения С1, лишь небольшая часть ее поглощается и превращается в продукцию

13

фотосинтеза (рис. 1.1). Этот поглощаемый поток энергии соответствует первичной валовой продуктивности Пв, которая представляет суммарную продукцию фотосинтеза, включая вещество, расходуемое на дыхание Д: Пв = Пч + Д. Чистая первичная продуктивность Пч – это видимый продукт фотосинтеза, вещество, которое можно, например, взвесить при уборке урожая: Пч = Пв – Д. Продуценты

Травоядные Д1

Д

C

С1

Пв

Пч

А1

К1

Т

Н

Хищники Д2

П1

К2

Н

С

П2

Н

Биогенное вещество

Т

А2

Т

Биоредуценты С1

13000 6000

Пч

П1

50

4

П2 0,3 Энергия, кДж

Рис. 1.1. Схема преобразования потока энергии в простой пищевой цепи: С и С1 – солнечная энергия, падающая на поверхность Земли и на растения; Т – энергия, рассеиваемая в виде тепла; Пв, П1, П2 – энергия, затрачиваемая растениями, травоядными, хищниками; Д, Д1, Д2 – энергия, рассеиваемая ими при дыхании; К1 и К2 – энергия корма, потребляемого травоядными животными и хищниками; А1 и А2 – энергия, усваиваемая травоядными животными и хищниками при потреблении корма; Н – энергия биомассы, неиспользованной животными

Как видно из схемы, большая часть солнечной энергии С, падающей на поверхность Земли и на растения С1, рассеивается в виде тепла Т. Лишь часть ее поглощают растения и аккумулируют частично в виде чистой продукции фотосинтеза Пч, а частично тратят на дыхание Д, включая потери тепла. В сумме они составляют

14

энергию, затраченную на получение первичной валовой продукции: Пв = Пч + Д. Часть чистой продукции продуцентов Пч служит кормом К1 травоядным животным, обеспечивая их вещественные и энергетические потребности. Остальная неиспользованная часть Н отмирает и поступает в почву в пищу биоредуцентам. Из корма К1 животные ассимилируют лишь количество вещества А1, из которого часть идет на создание биомассы П1 (вторичная продуктивность травоядных), а часть – на дыхание Д1, включая потери тепла. Хищники не истребляют всех травоядных животных. Из общей биомассы травоядных П1 они используют на корм долю К2, которая частично ими усваивается (А2), частично идет в отходы Н. Часть усвоенного вещества А2 представляет собой биомассу П2, часть затрачивается на дыхательную энергию Д 2: А2 = П2 + Д 2. Энергия биогенного вещества расходуется на получение биомассы редуцентов и их дыхание, включая потери на тепло. Биомасса редуцентов, как и продуцентов и консументов, в конечном итоге минерализуется и выделяющееся при этом тепло рассеивается. Из приведенной шкалы энергии (рис. 1.1) следует, что из солнечной энергии С1 ≈ 6000 кДж (для умеренного климата) в энергию пищи превращается лишь около 1%, ∼50 кДж. Это приблизительное значение эффективности фотосинтеза. Вторичная продукция уровней потребления П1 и П2 составляет 5–10% предыдущей, т.е. на последующий уровень передается около 5–10% энергии. Это примерное значение эффективности потока энергии Э в природе по цепям питания. Так, Э2 = (А2 /А1)⋅100%. Оно означает, что биомасса хищников будет меньше биомассы травоядных в 10–20 раз, а растений – в 100–400 раз. Эта эффективность определяет численность животных в природе. Экологические пирамиды. Экологическую эффективность продуктивности уровней потребления в экосистеме выразим в виде экологических пирамид, т.е. в виде фигур, расположенных одна над другой, размеры которых иллюстрируют численность особей, продуктивность и энергетические затраты каждого уровня (рис. 1.2).

15

Мальчик

1

50 кг

кДж

Телята

5

600 кг

5000 кДж

8200 кг

60000 кДж

Люцерна 20 млн. растений А – численность

Б – биомасса

300

В – затраты энергии

Рис. 1.2. Экологические пирамиды цепи: люцерна–телята–мальчик 1.4.2. Круговорот углерода, азота, фосфора, кислорода, воды

Круговорот углерода. Общие запасы углерода в биосфере составляют около 20 000 000 млрд т. Они более чем на 99% состоят из отложений СаСО3. Лишь около 10 000 млрд т углерода находится в виде ископаемого топлива (уголь, нефть, газ). В неживой органике углерода: в океане – 3000 млрд т, в почве – 700 млрд т. Содержание углерода в биомассе (млрд т): наземные растения – 450, поверхностные слои моря – 500, фито-, зоопланктон и рыбы – 10– 20. В атмосфере воздуха в виде СО2 – около 1000 млрд т. Запасов углерода очень много, но лишь диоксид углерода СО2 воздуха представляет источник углерода, который усваивается растениями в количестве около 35 млрд т в год. В процессе фотосинтеза СО2 превращается в сахара, жиры и другие вещества. Например: 6CO2 + 6H2O + hν → C6H12O6 + 6O2.

(1.1)

Возврат углерода в атмосферу происходит в процессе дыхания животных и растений (около 10 млрд т), разложения организмов в почве (в виде СО2, углеводородов, меркаптанов; около 25 млрд т). Сверх биогенного, сбалансированного углерода в атмосферу поступает антропогенный диоксид углерода после сжигания углеродного топлива (уголь, нефть, газ, сланцы, лес и т.п.; 5 млрд т) и природный его диоксид – при извержении вулканов. В морях и океанах некоторые организмы, умирая, опускаются на дно (в частности, скелеты фитопланктона) и образуют карбонатные осадочные породы, а неразложившееся органическое вещество – ископаемое углеродное топливо. Обмен СО2 воздуха с по-

16

верхностными морскими водами составляет: растворение в воде – 100 млрд т, выделение из воды – 97 млрд т. Быстрый круговорот углерода связан с живыми организмами: а) потребление СО2 в процессе фотосинтеза органических веществ, б) выделение СО2 при дыхании организмов и разложении органики. Его длительность зависит от времени жизни организма. Так, углерод лесов совершает круговорот примерно за 30 лет – средний срок жизни дерева. Леса являются главным потребителем СО2 на суше и основным хранилищем биологически связанного углерода. Они содержат около 2/3 его атмосферного запаса. Медленный круговорот углерода включает ископаемое топливо, что исключает углерод из оборота на длительное время – миллионы лет. Он возвращается в атмосферу в виде СО2 в результате сжигания ископаемого топлива человеком и при извержении вулканов. Круговорот азота. Океан воздуха, окружающий Землю, содержит 78% азота. Однако большинство организмов неспособны непосредственно усваивать атмосферный азот. Они используют в основном связанный азот: нитраты, аммонийный и амидный азот. Круговорот азота состоит из следующих процессов: получение связанного азота, использование его живыми организмами, преобразование соединений азота в свободный азот. Варианты получения связанного азота (млн т/год): синтез оксидов азота в атмосфере грозовыми разрядами – 7,6; фиксирование атмосферного азота микроорганизмами – 30, бобовыми – 14, синезелеными водорослями – 10; синтез азотных удобрений человеком – 30. Всего около 92 млн т/год связанного азота. Круговорот связанного азота в биосфере. Азот в форме нитратов используется растениями для синтеза протеинов, являющихся составной частью всех клеток растительных и животных организмов. Содержание азота в тканях около 3%. Протеины при отмирании служат питанием целой цепи почвенных организмов. Они, разлагая органическое вещество, переводят органический азот в аммиак. Другие бактерии переводят аммиак в нитраты. Последние снова используют растения, и цикл превращений азота в пищевой цепи повторяется. Окисление азота аммиака до нитритов осуществляется с участием бактерий Nitrosomonos (реакция нитрификации): NH3 + 1,5O2 → HNO2 + H2O + 273 кДж/моль.

17

(1.2)

Выделяющейся при этом энергии вполне достаточно для существования этих бактерий. Это исключительный случай в живой природе, который позволяет поддерживать существование живых организмов без энергии Солнца. Они не потребляют энергию, запасенную в органических веществах, а используют энергию окисления неорганических веществ. Другие микроорганизмы способствуют окислению нитритов дальше до нитратов с выделением энергии в 71 кДж/моль, что позволяет им выживать, так же как и вышеуказанным бактериям. Аммиак почвы может усваиваться растениями и без его нитрификации. При этом он включается в аминокислоты и становится частью белка растения, а после поедания растений переходит в животные белки. Белок возвращается в почву, где он распадается на аминокислоты, которые окисляются при участии бактерий до СО2, Н2О, NH3. И цикл повторяется. Связанный азот в количестве 2-3 млн т/год в виде растворимых соединений попадает с водой в океан и надолго теряется для биосферы в донных отложениях. Эти потери в основном компенсируются соединениями азота из вулканических газов. Денитрификация – это процесс освобождения связанного азота посредством его восстановления с участием бактерий денитрификаторов. Например: C6H12O6 + 8HNO2 → 6CO2 + 10H2O + 12N2 + 2394 кДж/моль (1.3)

Денитрификация идет в анаэробных условиях, т.е. в отсутствие кислорода как на суше (43 млрд т/год), так и в море (40 млрд т/год) с образованием 83 млрд т азота в год. На суше бактерии активны в почвах, богатых соединениями азота и углерода, особенно в навозе. Несмотря на потери связанного азота из-за денитрификации (83 млрд т/год), в биосфере идет его накопление в количестве около 92 – 83 = 9 млрд т/год. Причина излишка – производство человеком избыточного количества азотных удобрений. Таким образом, круговорот азота нарушен на 10%, что становится опасным, так как вода загрязняется нитратами. Человечество ожидают новые осложнения из-за быстрого увеличения количества азотсодержащих отбросов в связи с резким возрастанием народонаселения и поголовья скота. Круговорот фосфора. Значение фосфора для биосферы. Фосфор – составная часть важнейших для организмов органиче-

18

ских соединений, например, таких как рибонуклеиновая (РНК) и дизоксирибонуклеиновая (ДНК) кислоты, входящих в состав сложных белков. Соединения, содержащие фосфор, играют существенную роль в дыхании и размножении организмов. При достатке фосфора повышается урожай, засухоустойчивость и морозоустойчивость растений, увеличивается в них содержание ценных веществ: крахмала в картофеле, сахарозы в свекле и т.п. Недостаток фосфора ограничивает продуктивность растительности в большей степени, чем недостаток любых других веществ, исключая воду. Усвояемые соединения фосфора. Растения используют фосфор из почвенного раствора в виде соединений фосфорной кислоты – ионов Н2РО4–, НРО42–. В почве их образуют три группы усвояемых фосфорных соединений: природные, органические и промышленные. В земной коре фосфора довольно много – около 0,1% по массе. Разведанные запасы фосфатного сырья составляют около 26 млрд т. Известно примерно 120 фосфорсодержащих минералов: апатит, фосфориты, фосфаты алюминия, железа, магния и др. Однако все они трудно растворимы в воде и, следовательно, малоэффективны. Для растений фосфорные соединения доступны только после их дефосфорилирования – ферментативного расщепления организмами почвы. Доля такого фосфора в питании растений составляет 20–60%. Промышленность выпускает фосфорные удобрения, которые хорошо усваиваются растениями. Это двойной суперфосфат Са(Н2РО4)2⋅Н2О, фосфат аммония, нитрофоска и др. Круговорот фосфора: а) усвоение растениями (продуцентами); б) потребление животными (консументами), редуцентами; в) дефосфорилирование. В природном круговороте фосфора имеется существенный его дефицит, около 2 млн т в год. Это потери его растворимых соединений, включенных в природный круговорот воды. Достигая с водой океана, они теряются на его дне в отложениях. В круговорот из океана возвращается лишь около 60 тыс. т фосфора в год в виде прибрежного гуано (помет и останки птиц, питающихся рыбой) и рыбной муки из выловленной рыбы. Считается, что круговорот фосфора – единственный в природе пример простого незамкнутого цикла. Человек, производя фосфорные водорастворимые удобрения, ускоряет убыль природных фосфатов, расходуя около 3 млн т в год апатита и фосфоритов. При таком расходе их хватит примерно на 10 тыс. лет.

19

Круговорот кислорода. Запасы кислорода в биосфере очень большие, примерно 50% ее массы. В ней он самый распространенный элемент. Основное количество связанного кислорода приходится на гидросферу и литосферу. В песке его около 53%, глине – 56%, воде – 89%. Свободный кислород содержится в атмосфере в количестве 1 200 000 млрд т, что составляет лишь 0,01% его общего количества. Большая часть атмосферного кислорода – продукт фотосинтеза растений. Схема круговорота кислорода: а) генерация растениями в процессе фотосинтеза (около 16 млрд т/год); б) потребление живыми организмами при дыхании; в) расход на окисление биогенного вещества. Для высших форм жизни (растения, животные) пригодно аэробное дыхание – прямое окисление кислородом органики, например, глюкозы: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 2880 кДж/моль. (1.4) Большое количество энергии, которая выделяется при дыхании и окислении веществ в организме с участием кислорода, идет на поддержание жизнедеятельности высших организмов, которая требует значительных энергетических затрат, например, при перемещениях. Для низших организмов большое выделение тепла опасно. Они приспособились проводить окисление органики в анаэробных условиях (без О2) с помощью ферментов (см. выше). Скорость круговорота кислорода в биосфере в нашу эпоху составляет около 2500 лет. Небольшая часть кислорода постепенно уходит в осадочные породы: карбонаты, сульфаты. Однако эти процессы идут весьма медленно и в целом не влияют на главный круговорот атмосферного кислорода. Опасность представляет антропогенный фактор. Так, за последние 100 лет человеком при сжигании топлива изъято из атмосферы около 250 млрд т кислорода и добавлено около 380 млрд т СО2. Ежегодный прирост расхода кислорода человеком около 5%. Круговорот воды. Воды на Земле много – 1,5 млрд км3, но пресных вод меньше 3%. Основная масса пресной воды – 29 млн км3 (75%) – находится в ледниках Арктики и Антарктиды, около 13 млн км3 – в атмосфере, 1 млн км3 – в живых организмах. Лишь всего 0,003% воды, т.е. около 0,04 млн км3, представляют объем ежегодно возобновляемых водных ресурсов.

20

Большой круговорот воды (40–45 тыс. км3): а) испарение воды в океанах и на суше под действием Солнца; б) перенос паров воды с воздушными массами; в) выпадение воды из атмосферы в виде дождя и снега; г) поглощение воды растениями и почвой, д) сток воды по поверхности суши и возвращение в моря и океаны. Этот круговорот воды хорошо замкнут. Он вместе с энергией Солнца является важнейшим фактором обеспечения жизни на Земле, так как при этом происходит перенос и перераспределение не только воды – основы жизни, но и тепла, поглощающегося при испарении воды и выделяющегося при ее конденсации. Круговорот воды в экосистемах. Здесь различают 4 фазы: 1) перехват, т.е. поглощение воды листьями, кроной, до того как она достигнет почвы; 2) эвапотранспирация: (лат. evaporatio – испарение, transpirere – испарение растениями) – отдача воды экосистемой в атмосферу за счет ее биологического испарения растениями и испарения с поверхности почвы; 3) инфильтрация – просачивание воды в почву, затем перенос грунтовых вод и испарение; 4) сток – потеря воды экосистемой за счет ее стока в ручьи, реки и затем в моря, океаны. Величина эвапотранспирации – это сумма биологической тран-спирации воды растениями и испарения ее с поверхности почвы. В Европе она оценивается как 3–7 тыс. т/га в год, из них около 1 тыс. т/га за год воды испаряется с поверхности почвы. Велика биологическая транспирации воды растениями, что необходимо для извлечения питательных веществ и поддержания температурного режима тканей. Так, за день одна береза испаряет 75 л воды, бук – 100 л, липа – 200 л, 1 га леса – 50000 л. Коэффициент транспирации – количество воды, транспирируемое растением в сезон для создания 1 кг сухого вещества. Он весьма велик и составляет от 300 до 1000 в зависимости от вида растения. Например, для получения 1 т зерна требуется от 250 до 550 т воды. Пример схемы круговорота воды. Рассмотрим типичное распределение осадков, количество которых составило 770 мм/год. Эвапотранспирация воды идет в объеме 400 мм/год и слагается из следующих видов (мм/год): перехват кронами – 10, транспирация растениями – 290, испарение с поверхности почвы – 100. Поверхностный сток воды, равный испарению воды с поверхности моря, составляет 370 мм/год. Его слагаемые (мм/год):

21

подземный сток – 80, физическое испарение – 265, нужды человека – 25. Как видно из примера, растениями транспирируется почти 40% воды [≈ (290 / 770)⋅100%]. Однако на формирование биомассы используется лишь около 1% воды [≈ (10 / 770)⋅100%]. На бытовые нужды человеком расходуется порядка 3% воды. В отличие от углерода, азота и фосфора вода проходит через экосистемы почти без потерь. 1.5. Эволюция и равновесие экосистем 1.5.1. Экологическая сукцессия

В развитии экосистем различают два вида подвижности: обратимые изменения экосистемы и экологическая сукцессия. Экологическая сукцессия (лат. sukcedo – следовать) – это последовательная смена во времени биоценозов, т. е. природных сообществ определенного участка земной поверхности. Рассмотрим ее признаки: 1. Сукцессия – это упорядоченный процесс последовательной смены природных сообществ, связанный с изменением их видовой структуры и протекающих в сообществе процессов. 2. Она происходит в результате изменения физической среды, во-первых, под действием самого же развивающегося сообщества. Во-вторых, сукцессия протекает под влиянием изменения внешних факторов: влажности, температуры, количества осадков, состава почвы, солнечной радиации. 3. Кульминацией развития сукцессии является климакс – стабилизированная экосистема, эффективность преобразования энергии Солнца в биомассу максимальна и когда максимально возможное количество видов и популяций флоры и фауны, а также связей между ними: пищевых (трофических), территориальных (топических) и др. Виды сукцессии. Первичная сукцессия начинается на участке, который перед этим не был занят каким-либо сообществом, например, на голой скале, песке, застывшей лаве. Вторичная сукцессия происходит на площади, с которой удалено предыдущее сообщество, например, на заброшенном поле, вырубке леса (табл. 1.1). Она протекает быстрее, чем первичная, так как на этой территории уже имеются некоторые организмы или их зачатки.

22

Таблица 1.1 Пример вторичной сукцессии на заброшенной пашне Возраст, 0 1-2 3-15 15-40 40-100 годы Тип об- Голое Злаки, Береза, Сосновый Трава щества поле кусты осина лес

Более 150 Долгожители: дуб, бук и др.

Другой пример – сукцессия в степном районе на заброшенной проселочной дороге: однолетние сорняки – 2–5 лет; короткоживущие злаки – 3–10 лет; многолетние злаки – 10–20 лет; зрелые злаки – 20–40 лет. Таким образом, природе требуется 20–40 лет, чтобы на голом грунте создать зрелое степное сообщество. 1.5.2. Сукцессия в водной среде

Наглядно о сукцессии в водной среде можно судить по переменам в искусственно создаваемых водоемах: прудах, водохранилищах, озерах. Здесь можно выделить три стадии. Первая стадия – высокопродуктивная стадия «цветения», связанная с большим количеством органического вещества в почве и растительности, которые уходят под воду при заполнении водоема. Для этой стадии характерно обилие питательных веществ, интенсивное их разложение, высокая активность микроорганизмов, низкое содержание кислорода в придонном слое воды, часто быстрый рост рыбы. Вторая стадия – зрелая стадия развития экосистемы, когда наступает ее стабилизация при некоторой пониженной продуктивности после расхода избытка исходного питания. «Цветение» отсутствует, содержание кислорода в придонном слое повышается. Рыбы мало. Третья стадия – это стадия переходных состояний. Она наступает тогда, когда в результате эрозии удобренной почвы или из скотных дворов в водоем поступает большое количество питательных веществ, и повторяются первая и вторая стадии. Такие смены состояния водной среды могут повторяться до тех пор, пока водоем не окажется занесенным почвой. 1.5.3. Значение экологической сукцессии

Закономерности экологической сукцессии весьма важны для человечества. Они позволяют грамотно решать задачи рациональ-

23

ного природопользования. В таблице 1.2 приведен пример зависимости продуктивности изученной экосистемы сосново-дубового леса от его возраста. На ранних стадиях экологической сукцессии уровень первичной валовой продукции Пв превосходит уровень дыхания сообщества Д (см. табл. 1.2). В таких системах образуется чистая продукция: Пч = Пв – Д. В зрелых экосистемах фиксированная энергия в основном расходуется на дыхание растений и организмов. Таблица 1.2 Изменение составляющих продуктивности лесной экосистемы в процессе ее сукцессии Параметр Возраст, годы Пв Д Пч Б Пч /Пв

10 900 460 440 140 0,49

Продуктивность экосистемы, г/м2 в день. Отношение Пч/Пв 20 30 40 50 60 70 80 90 2200 3150 3800 3700 3300 2900 2550 2250 1120 1600 2180 2400 2400 2300 2170 2050 1080 1550 1620 1300 900 600 380 200 420 800 1200 1600 2000 2400 2600 2780 0,49 0,49 0,43 0,35 0,27 0,21 0,15 0,09

Б – создаваемая биомасса.

Уровень дыхания Д приближается к валовой продукции Пв. Объем чистой продукции снижается до нуля. Отношение Д / Пв свидетельствует о степени приближения экосистемы к состоянию зрелости, а отношение Пч /Пв = (1 – Д / Пв) – о выходе полезной продукции. Зрелое сообщество способно стабилизировать в своем окружении факторы среды, обеспечить буферы на внешние отклонения от условий существования, особенно на неблагогоприятные воздействия бурь, наводнений, похолоданий, эрозии почвы и т.п. Эти функции зрелое общество выполняет лучше, чем молодое. Однако в зрелом сообществе чистая продукция резко сокращается (табл. 1.2). Следовательно, такую экосистему невыгодно использовать с целью получения продукции: продуктов питания, выпаса скота, заготовки древесины и т.п. Если же из зрелых экосистем, например лесных, отбирать продукции больше, чем она способна производить, то они будут сведены на нет: продуктивность сильно упадет, почва подвергнется эрозии и т.п. История человечества бо-

24

гата негативными примерами уничтожения лесов и нарушения плодородия земель. Так, ныне пустынные пространства Ближнего Востока раньше имели плодородные и лесистые участки. Греция славилась зелеными горами, а ныне эти горы – в основном с каменистыми, весьма бедными почвами. Пустыня Сахара в период одомашнивания диких животных была плодородной областью. Таким образом, для хозяйственных целей, получения продуктов питания человек должен использовать ранние стадии сукцессии, т.е. молодые сообщества, у которых выход чистой продукции максимален. При этом одной из стратегий деятельности человека должна быть стратегия компромисса между молодыми и зрелыми экосистемами. Так, рациональное лесопользование должно предусматривать не сплошные рубки деревьев на тысячах гектарах, что часто практикуют, а выборочную рубку деревьев в возрасте хозяйственной спелости. Стратегия расчленения предусматривает такой порядок хозяйствования, при котором можно было бы на разных участках угодий поддерживать, например, интенсивное производство зерна и нетронутую природу, которая стабилизирует в своем окружении экосистемы и в итоге дает возможность человеку стабильно получать продукцию. Некоторые ученые полагают, что крайне рискованно выводить из естественного равновесия более 2/3 территории, занятой природной растительностью. 1.5.4. Гомеостаз экологических систем

Гомеостаз (греч. homoios – подобный, одинаковый; stasis – стояние) – способность биологических систем противостоять изменениям условий жизни и сохранять состояние равновесия. Экологическое равновесие – это состояние экосистемы, при котором состав и продуктивность биоценоза в любые конкретные моменты времени наиболее полно соответствуют абиотическим (неживым) условиям – почве, климату, наличию влаги. Обратимые изменения в экосистеме – это изменения экосистемы в течение года, от весны и до весны, при колебаниях климата в разные годы и изменения роли некоторых видов в связи с ритмами их жизненного цикла. При таких изменениях видовой состав экосистемы сохраняется, она лишь подстраивается к колебаниям внешних и внутренних факторов. В отдельные сезоны года некоторые компоненты экосистемы могут отсутствовать или впадать в со-

25

стояние глубокого покоя: отлет птиц на зиму, захоронение семян в засушливый год, зимняя спячка насекомых и некоторых животных. Экосистемы, как и организмы, способны к саморегулированию и самоподдержанию. Например, численность любой популяции регулируется в таких пределах, чтобы избежать перенаселения экосистемы. Как и в технических системах, в экосистемах осуществляется два вида обратной связи. Положительная обратная связь – это связь, усиливающая отклонение, необходимое для выживания и роста организмов. Отрицательная обратная связь – это связь, ослабляющая действие благоприятных факторов и позволяющая избежать, например, стремительного разрастания популяции того или иного вида организмов. В больших, зрелых экосистемах поддерживается самокорректирующийся гомеостаз в результате взаимодействия круговорота веществ и потока энергии (см. п. 1.4). В связи с этим экосистемы Земли и сама биосфера находятся в устойчивом состоянии. Однако устойчивость экосистем и действие механизмов саморегуляции имеют предел, по достижении которого усиливающиеся обратные связи приводят к гибели системы. Примеры опустынивания территорий приведены выше. Другой пример – глобальное вмешательство человека в земной круговорот энергии и веществ посредством сжигания все в больших количествах ископаемого топлива. К какой это приведет экологической катастрофе пока трудно предсказать. Контрольные вопросы 1. Что такое охрана биосферы? Предмет курса «Охрана биосферы». 2. Что такое природа, биосфера, природная среда? Каковы составные части биосферы? 3. Что обозначают термины: биомасса, живое и биогенное вещество? 4. Что такое биоценоз, биотоп, фито-, зоо- и микробиоценозы? 5. Как В.И. Вернадский характеризует ноосферу? 6. Что такое экология? Этапы развития экологии, ее разделы. 7. Что изучает автоэкология, популяционная экология и синэкология? 8. Что такое экосистема, биогеоценоз? Каковы их разновидности? 9. Каковы основные элементы экосистем, виды живых организмов? 10. Каковы стадии эволюции Земли и биосферы? Когда и как возникла жизнь на Земле?

26

11. Как и какие факторы воздействуют на живые организмы? Их группы, виды, названия. 12. Что такое биотические факторы? Каковы виды взаимоотношений живых организмов? 13. В чем различие между автотрофными и гетеротрофными организмами? 14. Каковы виды абиотических факторов? В чем их значение для биосферы? 15. Как и какие факторы воздействуют на среду обитания живых организмов? 16. Каковы стадии, циклы биогенного вещества? В чем сущность стадий его круговорота? 17. Каковы виды продуктивности биосферы? 18. Каковы схема и эффективность преобразования энергии в биовещество? 19. Что отображают экологические пирамиды? Их виды. 20. Каковы жизненно активные формы углерода и как они участвуют в биохимических циклах? 21. Каковы виды круговоротов углерода? Причины дебаланса круговоротов углерода. 22. Из каких процессов слагается круговорот азота? Каковы объемы получения связанного азота? 23. Что такое нитрификация и денитрификация? Причины загрязнения биосферы нитратами. 24. Какова схема круговорота фосфора? Каковы его усвояемые формы и причина их потерь? Что такое дефосфорилирование? 25. Какова схема круговорота кислорода? Что такое аэробное и анаэробные дыхание? Как человек влияет на круговорот кислорода? 26. В чем сущность круговорота воды: большого и в экосистемах? Их значение для биосферы. 27. Что такое перехват, эвапотранспирация, инфильтрация? 28. Что такое экологическая сукцессия и каковы ее признаки, виды, стадии? 29. В чем значение для человечества знания закономерностей экологической сукцессии? 30. В чем сущность гомеостаза и экологического равновесия? Каковы механизмы саморегуляции экосистем?

27

2. РЕСУРСЫ БИОСФЕРЫ И ВОЗДЕЙСТВИЕ НА НИХ ЧЕЛОВЕКА 2.1. Этапы воздействия человека на биосферу Различают пять этапов воздействия человека на биосферу. 1-й этап – до 30 тыс. лет назад, когда воздействие древнейшего человека на биосферу было ничтожным. Все, что человеку было необходимо для удовлетворения потребностей в еде, одежде и жилище, он добывал собирательством, использовал готовые продукты и объекты природы. На природу он воздействовал так же, как и другие дикие животные. 2-й этап – около 30–10 тыс. лет назад. Это начало активной деятельности человека, которая была связана не только с собирательством, но и с охотой. Охота заметных изменений в экосистемы не вносила, урона биосфере не было. Лишь в отдельных, редких местах временного скопления людей в конце этого этапа, возможно наблюдалось временное истощение охотничьих угодий, что могло приводить к частичной гибели людей и их расселению по другим территориям. 3-й этап – около 10–5 тыс. лет назад. Он связан с началом скотоводства, с развитием которого начинается заметное воздействие человека на растительность, обусловленное неумеренной пастьбой скота на землях с засушливым климатом. Отмечается устойчивое изменение человеком некоторых экосистем. Так, имеются свидетельства, что до периода одомашнивания диких животных пустыня Сахара была плодородной областью. Вероятно, домашние животные превратили в пески территорию Саудовской Аравии, Средней Азии. 4-й этап – примерно 5–7 тыс. лет назад, когда человек стал заниматься земледелием. Во времена древнейших цивилизаций, а затем позднее, в древние века и последние столетия, развитие земледелия усугубило преобразование экосистем в связи с распашкой земель, выжиганием и вырубкой леса. Это привело к дальнейшему опустыниванию земель. В целом земледельческая деятельность человека, а в последние века человеческой цивилизации и развитие промышленности заметно обострили экологическую ситуацию на Земле. 5-й этап – ХХ век. Начало глобального, быстро нарастающего изменения экологических компонентов биосферы. Это связано с

28

быстрым ростом численности людей (рис. 2.1) и ростом масштабов их бытовой, сельскохозяйственной и промышленной деятельности. Численность населения 10 тыс. лет до новой эры составляла около 10 млн чел. (численность современной Москвы); в начале новой эры (2 тыс. лет назад) – 230 млн, в 1000 г. (1000 лет назад) – 275 млн, в 1500 г. (500 лет назад) – 450 млн, в 1830 г. (170 лет назад) – 1 млрд, в 1900 г. (100 лет назад) – 1,6 млрд В ХХ в. численность людей N росла по экспоненте: 1930 г. (70 лет назад) – 2 млрд, 1959 г. (41 год назад) – 3 млрд, 1975 г. (25 лет назад) – 4 млрд, 1987 г. (13 лет назад) – 5 млрд, 1999 г. – 6 млрд чел. Так, с 1950 г. она растет согласно уравнению:

N ≈ 10[9,4 + 0,0077(t – 1950)].

(2.1)

N , млрд чел. – 5– 4– 3– 2– 1– 0 0

600 1200 1800 1900

1950

2000 t, годы

Рис. 2.1. Рост численности населения Земли в новую эру

Современные вредные воздействия на биосферу в результате деятельности человека разнообразны. Их делят на две группы: истощение природных ресурсов, когда потребление этих ресурсов выше способности природной среды к их воспроизводству; загрязнение природной среды, что наносит урон живым организмам и среде их обитания.

29

2.2. Ресурсы биосферы 2.2.1. Виды ресурсов биосферы

Ресурсы биосферы – это любые природные и техногеннные источники и предпосылки, необходимые для жизнедеятельности живых организмов, включая человека. Природные ресурсы: минеральное сырье, вода надземная и подземная, земли, леса, растения, рыбы и т.д. Классификация ресурсов. Они подразделяются: по свойствам – на биологические, минеральные и энергетические ресурсы; по производственным характеристикам – на водные и гидроэнергетические ресурсы; земельный и лесной фонды; обитателей вод, лесов, степей (фауна); полезные ископаемые; по происхождению вещества – на ресурсы живого, биогенного и биокосного вещества (вода, почва, недра). По скорости и объему использования различают исчерпаемые и неисчерпаемые ресурсы, по возможности замены – заменимые, незаменимые. Исчерпаемые ресурсы. Они используются быстрее, чем воспроизводятся. Их делят так: а) невозобновляемые ресурсы: газ, уголь, нефть; исчезающие виды животных и растений; б) относительно невозобновляемые ресурсы: почвы, деревья больших возрастов и т.п.; в) возобновляемые ресурсы. Это животные, растения, которые природа или человек способны воспроизводить в исходном или нужном количестве (домашний скот, зерно, лес). Неисчерпаемые ресурсы воздух, воды океанов, энергия Солнца. Незаменимые ресурсы – это ресурсы, которые заменить нельзя: воздух, питьевая вода, виды и популяции живых организмов. Заменимые ресурсы – их можно заменить другими видами. Например, вместо энергии минеральных топлив можно использовать атомную и солнечную энергию. 2.2.2. Ресурсы атмосферы

Атмосфера – это газообразная оболочка Земли, которая делится на тропосферу (до 20 км), стратосферу (20–40 км), мезосферу (40–80 км), ионосферу (80–500 км). Оценочное значение массы атмосферы – 5 200 000 млрд т. В ней масса азота составляет 4 050 000 млрд т, кислорода – 1 100 000, аргона – 48 000, диоксида углерода –

30

около 1300 млрд т. Пары воды и пыль занимают в воздухе дополнительно до 3-4% по объему. Масса паров воды – около 13 000 млрд т. Атмосфера оказывает регулирующее влияние на температурный режим Земли. Она защищает биосферу от коротковолнового излучения, является средой распространения света и звука, способствует горению. За 200 лет измерений физических параметров атмосферы они колебались в следующих пределах: максимальная температура воздуха – до + 58 °С (Триполь, 1922), минимальная – до – 88,3 °С (Антарктида, станция «Восток», август 1960 г.), максимальное давление – до 100 кПа (Туруханск, декабрь 1968 г.), минимальное – до 85 кПа (тайфун Ненси, сентябрь 1961 г.), максимум осадков – за год 24326 мм (Индия, Чарапунджи, 1947 г.), скорость ветра – до 110 м/сек или 400 км/час (Флорида, 1935 г.). Жизнь простирается в тропосфере до 6–8 км. Состав чистого, сухого воздуха в этом слое (по объему): азота – 78%, кислорода – 21; аргона – 0,93; диоксида углерода – от 0,02 до 0,04; других газов (водород, озон, гелий, аммиак и т. п.) – около 0,02%. Без воздуха процесс дыхания в биосфере невозможен. Человек без воздуха погибает через 3–5 мин. В сутки он потребляет около 500 л кислорода (до 10 тыс. л воздуха). До 1950 г. населением затрачено на дыхание около 270 млрд т кислорода, за 50 последних лет – около 250 млрд т. 2.2.3. Ресурсы гидросферы

Значение воды. Вода – уникальное вещество. Во-первых, она уникальна по своим свойствам, обусловленным водородными связями. Если бы не эти связи, то вода замерзала бы при –100 оC, а кипела при 80 оC. Благодаря им она имеет необычно высокую теплоемкость, температуру парообразования, теплопроводность, диэлектрическую проницаемость. В воде растворимы многие жизненно нужные вещества. Аномальна ее плотность, которая максимальна при 4 оC. Лед легче жидкой воды, поэтому в морозы в реках и водоемах он не опускается на дно, а образует верхний защитный слой, предохраняющий воду от полного замерзания. Это очень важно для живых организмов гидросферы. Во-вторых, благодаря круговороту воды: океан–атмосфера– суша, обеспечивается не только водообмен, но и перераспределение тепловой энергии. Вода то испаряется, на что тратится тепло,

31

то конденсируется, и тепло выделяется. Это способствует стабилизации климата. В-третьих, и это самое главное, вода – это жизнь, основной компонент живого. Без воды жизнь невозможна. Большинство животных без воды и пищи, содержащей воду, умирают через 5–10 суток. Классификация вод. Природные воды делят на три вида. Атмосферные воды – это осадки в виде дождя и снега. Они весьма чистые (кроме городов) и содержат лишь растворенные газы. Поверхностные – воды рек, озер, морей, ледников. Они имеют широкий диапазон примесей – от весьма чистых (ледниковые) до соленых (морские). Подземные – воды, находящиеся в колодцах, пещерах, скважинах; их состав может быть разным, но прозрачность высокая. По содержанию солей различают пресные воды с суммарным количеством солей меньше 1 г/л (0,1%), солоноватые – 1–10 г/л, соленые – 10–50 г/л, рассолы – больше 50 г/л. Воду также различают по ее жесткости. Классификация воды по видам потребителей: хозяйственно-питьевая – для нужд населения, рыбхозов; промышленная: технологическая и энергетическая (охлаждение); для нужд сельского хозяйства – на животноводство, растениеводство. Распределение воды в биосфере. В океанах, морях и соленых озерах имеется около 1,4 млрд км3 соленой воды (97%). На суше свободной пресной воды находится до 40 млн км3 (3%). Эта вода распределяется следующим образом (млн км3): полярные и горные льды и ледники – 29; пресные подземные воды – 10; в озерах – 0,12; болотах и руслах рек мира – 0,12; почве – 0,1; атмосфере в виде пара – 0,013; живых организмах – 0,003. Для жизни человека, флоры и фауны важно состояние пресных речных и озерных вод. Ежегодно возобновляемый объем пресной воды, равный годовому стоку рек мира, составляет около 0,04 млн км3, т. е. около 40 тыс. км3. Это 0,003% общих запасов воды и около 0,1% пресной воды. Ресурсы пресной воды распределены весьма неравномерно. Баланс воды изменяется не только от места к месту, но и с течением времени. Так, в IV тысячелетии до н.э. территория современной пустыни Сахары представляла собой саванну с полноводными реками Ахаггар, Тассилин-Адджер и другими, с разветвленной водной сетью. Дефицит пресной воды наблюдается во многих районах

32

Земли. Недостаток ее уже испытывает 1/3 населения планеты. А потребности в ней удваиваются через каждые 20–30 лет. В России, особенно в Сибири (80% ресурсов воды), обеспеченность водой на высоком уровне. 2.1.4. Ресурсы суши

Суша – это поверхность Земли, не покрытая водой. Биолитосфера – верхний слой литосферы толщиной 2–3 км, где есть жизнь. Ресурсы биолитосферы представляют три группы объектов: неживая природа – почвы, льды, снега, пески, глины, камни, скалы, руды; живая природа – леса, луга, нивы, человек, фауна, флора, микроорганизмы; антропогенные объекты – поселения, дороги, бытовые, промышленные и сельскохозяйственные предприятия и зоны, места разработки месторождений. На Земле из общей площади суши в 13,8 млрд га леса занимают 3,9 млрд га (28%), луга – порядка 2,3 (17%); пашни – 1,4 (10%); ледники и мало пригодные земли – 6,2 млрд га (45%). В России из 1,71 млрд га территории леса и кустарники составляют 0,78 млрд га (45,5%); сельскохозяйственные угодья, пастбища и болота – 0,66 (38,5%); земли населенных пунктов, предприятий, транспорта и связи – 0,013 (0,8%); земли запаса и охраняемые земли – 0,18 млрд га (10,5%). Полезные ископаемые. Это природные минеральные вещества, которые могут использоваться человеком для хозяйственных нужд. Их классификация рудные ископаемые – бокситы, хромиты, железная, медная, никелевая и другие руды; строительные материалы и нерудные ископаемые – песок, глины, щебень, известняк, гранит, мрамор, горный хрусталь, яшма, корунд, алмазы и т.д.; горно-химическое сырье – апатиты, фосфориты, поваренная соль, сера, барит и т.п.; топливные ископаемые – нефть, уголь, сланцы, торф, руды урана; гидроминеральные ресурсы – подземные пресные и минерализированные воды, ресурсы морской воды. Запасы невозобновляемого ископаемого топлива, доступного для добычи, по приближенным подсчетам, составляют 7000– 12500 млрд т условного топлива. Из них (млрд т): каменного угля – 5000–11000; жидких углеводородов – 800–1200; природного газа – 600–800.

33

Ресурсы фитоценозов. На Земле из общей площади суши в 13,8 млрд га фитоценозы занимают около 7,6 млрд га (55%), из них пашня площадью в 1,4 млрд га (10% суши), обеспечивает 95–97% продовольственных ресурсов для населения планеты. В России из 1,71 млрд га суши оленьи пастбища занимают 0,33 млрд га (19%); сельскохозяйственные угодья – 0,22 млрд га (13%), из них пашня – 0,13 млрд га (8%). Почвы. Почва – поверхностный плодородный слой земной коры, дающий жизнь растениям. Как составная часть биосферы, почва – особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы под совместном взаимообусловленном воздействии гидросферы, атмосферы, живых и мертвых организмов. Плодородие – способность почвы удовлетворять потребности растений в питательных веществах и воде. При правильном использовании почвы повышаются качество и количество урожая. Возможности почв давать урожай определяют масштабы развития биосферы и человечества. Образование почвы. Почва представляет собой природное тело, которое медленно (сотни и тысячи лет) образуется с участием солнечного излучения из поверхностных слоев различных пород при многообразных, совместных физико-химических и биохимических взаимодействиях минеральных веществ, воды, воздуха и различных организмов. Она – многовековой продукт жизнедеятельности живых, прежде всего продуцентов (растений), образующих посредством фотосинтеза органические вещества, и почвенных, перерабатывающих эти вещества, организмов. Сложный, циклический процесс образования почвы определяют следующие основные факторы: климат (интенсивность и продолжительность освещения местности Солнцем, количество и равномерность осадков, температурный режим и т.п.), состав горных пород и рельеф местности (равнина, холмы, горы, ориентация склонов), тип растительности (лес, кустарники, трава) и объемы ее изъятия из экосистемы. Если восстановительная способность плодородия почв (не почв, а только их плодородия!), где есть условия для образования лугового чернозема, составляет 5–10 лет, то, например, в тундре для восстановления продуктивности нарушенного слоя почвы необходимы десятки и сотни лет.

34

В составе почв различают твердую, жидкую и газообразную фазы. Твердая часть почв на 80–90% состоит из минеральных компонентов: оксидов кремния (песок), алюминия (глина), железа, натрия, калия, магния, кальция, а также их карбонатов, сульфатов, хлоридов, соединений фосфора и др. По содержанию минеральных компонентов почвы разделяются на песчаные, супесчаные, суглинки, глины. Органическое вещество состоит из гумуса (лат. почва), т.е. перегноя (от 0,1 до 20%), который содержит лигнин, дубильные вещества, углеводы, белки, органические кислоты, жиры и другие органические соединения. Важная составная часть почв – почвенные живые организмы: биофаги (грызуны, насекомые, черви, бактерии и др.), которые питаются живыми организмами и их тканями; сапрофаги (черви, грибы, бактерии), питающиеся мертвыми организмами и их тканями; микроорганизмы, разлагающие сложные органические вещества до минеральных веществ. Пористость твердой фазы почвы обычно составляет 40–60%. У торфяников она достигает 90%, у суглинков снижается до 30%. Поры почвы заполняет раствор и воздух, содержащий до 8% СО2. Соотношение между содержанием раствора и воздуха в порах сильно зависит от влажности почвы. Классификация почв. Общепринятой классификации почв нет. Самыми плодородными почвами, содержащими высокий процент гумуса, органических веществ и почвенных организмов в толстом поверхностном слое (до 50–80 см), являются луговые черноземы, затем идут каштановые, серые лесные и бурые пустынностепные почвы (30–40 см). Слои торфа толщиной до 20–30 см образуются на болотах. Тонкий (до 5–10 см), не очень богатый гумусом плодородный слой имеют красноземы (тропическая зона), желтоземы, подзолистые, тундровые почвы. Бедные почвы: сероземы, солончаки, пустынные почвы. В России черноземы составляют почти 2/3 обрабатываемых земель, на них получают около 80% выращиваемой на земле продукции. 2.2.5. Ресурсы живой природы

Ресурсы биомассы. В океане имеется 3,9 млрд т общей живой биомассы. Из них криля – от 1 до 3, добываемой рыбы – 0,07 млрд т. Общая биомасса суши (сухой вес), в основном растений,

35

составляет около 2000 млрд т. На биомассу гетеротрофных животных приходится лишь около 20 млрд т, из них людей – 0,2 млрд т, т.е. 0,01%. Ресурсы растительности. Значение растительности. Решающее значение при образовании биосферы имело появление на Земле автотрофных растений. Фотосинтез – это не только процесс обеспечения жизни, но и процесс, преобразующий весь облик Земли. Растительность выполняет в планетарном масштабе средообразующие функции для животного мира. Это – первоисточник жизни, регулятор кислорода и биомассы. Ресурсы растительных продуктов. На долю растений, включая леса, приходится до 99% создаваемой биомассы. Они – основа питания всего живого на Земле, в частности людей. Объем производства продуктов питания и некоторых технических культур, по данным конца 70-х гг. XX в., значителен. Так, общее количество зерновых ежегодно составляло 1600 млн т, картофеля – 230, сахара – 100, масел – 50 млн т. Большинство сельскохозяйственной продукции (более 80%) приходится на обрабатываемые земли. Возможности дальнейшего большого и устойчивого прироста всех этих продуктов ограничены, во-первых, из-за сокращения площади пашни и уменьшения их плодородия. Во-вторых, не оправдываются большие надежды, которые возлагались на химизацию сельского хозяйства, на применение минеральных удобрений. Лесные ресурсы. Значение леса. Лес – великое достояние природы. На Земле леса занимают 3,9 млрд га – 28% площади суши. Обладая самой большой биомассой (60–70%), огромной поверхностью и интенсивностью биологического круговорота, лес определяет энерго- и массообмен в биосфере, ее существование, формирование природной обстановки, преобразование климатических, гидрологических, геохимических и других факторов. Особое значение леса связано с его способностью возрождаться, что способствует восстановлению и стабилизации экологического равновесия в природе и может быть использовано в охране и улучшении природной среды. От состояния леса зависит воспроизводство биомассы на Земле. Велики климатозащитные, водоохранные и другие защитные функции леса. В лесных фитоценозах уменьшаются перепады температуры, особенно при положительных температурах. Леса и лесные насаждения улучшают климат прилегающих полей, уменьша-

36

ют испарение влаги и способствуют повышению урожаев сельскохозяйственных культур. Лес влияет на распределение атмосферных осадков. Он – надежный собиратель, хранитель и распределитель влаги. Ему принадлежит огромная роль в поддержании гидрологического режима рек. В лесах почти нет поверхностного стока. Он составляет не более 5–15% вылившихся осадков, а по открытому лугу потоки уносят 50–65% выпавших осадков. От 20 до 35% летних и весенних осадков, испаряясь с листьев, возвращаются обратно в атмосферу. Весной в лесу снег тает позднее и медленнее, что предотвращает смыв весенними водами почвенного слоя и переполнение водой рек и заливных лугов в половодье. Летом лесные насаждения не только защищают окружающие поля от суховеев, но постепенно отдают им накопленную зимой и весной влагу через грунтовые воды и внутрипочвенный сток, поддерживают полноводность рек. Под пологом леса обитают многие представители растительного и животного мира, в сотни раз меньше развита эрозия и практически исключена дефляция почвы. Лес, являясь легкими Земли, определяет круговорот кислорода и диоксида углерода в биосфере, их содержание в атмосфере. Так, 1 га леса оптимального возраста поглощает ежегодно 3–6 т СО2 и выделяет при этом 2–5 т О2. Лес, особенно хвойный, выделяет фитонциды, которые убивают болезнетворные микробы, оздоровляют воздух. Зелень существенно снижает солнечную радиацию. Среди зелени людям легче дышится, здесь не досаждают зной и пыль, не утомляют резкие шумы. Большую роль играет лес в рекультивации земель. Лес – источник древесины, технического и лекарственного сырья, пищи. Он ежегодно дает до 11 млн т ягод, орехов, соков. Из него изготавливают более 20 тысяч разнообразных предметов и веществ. Лесные ресурсы России. Наша страна – самая лесистая страна мира. На долю России приходится около 20% покрытой лесами площади мира и около 25% мировых запасов древесины, из которых более половины – это ценная хвойная древесина. В России леса занимают половину территории, из них хвойные леса – свыше 78% всей их площади: сосна – свыше 100 млн га (48–51%), ель (27–29%), кедр (2,5–3,2%). Они составляют 82% запасов древесины.

37

Восточнее Урала сосредоточено 80% всего лесного фонда, на 95% площади преобладают хвойные породы, 62% относится к древостоям, созревшим для рубки. Однако 2/3 древесины заготавливается в европейской части и на Урале и только около 1/3 – на востоке страны. В целом по стране ежегодно потребляется около 400 млн м3 древесины, из них дрова составляют около 40%, кругляк – 40, пиломатериалы – 12, бумага – 5, деревоплиты – 3%. В лесах России произрастает около 100 видов диких плодовых, ягодных и орехоплодных растений. Всего плодово-ягодными дикорастущими насаждениями занято более 6 млн га лесной площади, в том числе около 5,5 млн га ягодниками. В лесном фонде России 39 млн га кедровых лесов, в том числе 6,6 млн га орехопромысловых зон. Ресурсы животного мира. Значение животного мира. Влияние окружающего нас животного мира многообразно. Это и обмен веществ в природе, участие в создании климата, создание своеобразных ландшафтных форм (рифы, атолловые острова, бобровые плотины, кротовые формы и т.п.). Живые организмы образуют осадочные горные породы (мел, известняки, фосфориты), разрыхляют почвы и обогащают их (гуано, удобрения). Они являются кладовой человека: мясо, кожа, пушнина, кости, медицинские препараты. Их используют для испытаний в экстремальных условиях (космонавтика, физиология, медицина), для перевозки грузов и доставки корреспонденции, охраны людей, животных, помещений, территорий, природных объектов. Волки и грифы играют роль санитаров фауны. Комары в тундре, которые со 100 га площади усваивают до 5 кг азота, 9 кг фосфора и 6 кг кальция, образуют «тучи» и переносят неорганические вещества на расстояние до 7 км. Птицы содействуют уничтожению вредителей растений. Одна синица сохраняет от вредителей 20 плодовых деревьев. За год семья скворцов съедает до 8000 жуков и личинок, сова – 1000 мышей. Мухоловка поедает до 1 кг насекомых за 15 дней. Животные выполняют большие воспитательные и эстетические функции. Ресурсы биомассы животного мира относительно ресурсов флоры невелики, порядка 1%, или около 20 000 млн т. Из них (млн т): насекомых – 2400; крупного рогатого скота – 1600; буйволов, ослов, свиней, верблюдов, коз, овец, лошадей – 1470; людей – 250; промысловых рыб – 200; птиц – 0,7; диких копытных – 0,15. Биомасса диких животных сильно зависит от численности домашних

38

животных, исключая насекомых континентов и криль океана. Масса добываемой рыбы (70 млн т) приближается к вероятной массе промысловых рыб. Человек для своих нужд использует 20% от общей продуктивности биоты на суше и в океане. При этом используется всего 0,02–0,04% видового разнообразия животного мира. Резервы мясных продуктов (около 140 млн т) все более определяются выращиванием скота. 2.3. Воздействие человека на природные ресурсы Помимо влияния антропогенных загрязнений на фауну и флору, различают две причины антропогенного истощения природных ресурсов: чрезмерное использование их для собственного пропитания и обеспечения условий жизни человека; нерациональное вовлечение их в сельскохозяйственное и промышленное производство. Человек – не только пассивный, но и активный субъект биосферы, природы. В связи с его бытовой, сельскохозяйственной и промышленной деятельностью на естественный круговорот веществ в природе ложится дополнительная нагрузка и по используемым природным ресурсам, и по загрязнениям природы. Антропогенное истощение природных ресурсов проявляется тогда, когда потребление этих ресурсов выше способности биосферы к их воспроизводству. Быстрый рост численности людей, объема производства и потребления средств существования все больше, а в последние десятилетия по экспоненте, сокращает природные ресурсы, особенно невоспроизводимые. Сокращаются поля, пригодные для посевов, ухудшается плодородие почв, сокращаются площади лесов, запасы минерального сырья, топлива (нефть, каменный уголь). Особенно губительны последствия необратимого, значительного сокращения генофонда флоры и фауны, т. е. исчезновение отдельных видов живой природы. О степени изменения экологических компонентов биосферы можно судить по нижеприведенным примерам. Воздействие на ресурсы атмосферы. Потребление кислорода человеком на свои нужды, особенно на сжигание топлива, достигает 20 млрд т/год, что составляет до 25% от его количества, вырабатываемого биосферой. Полагают, что идет потепление Земли за счет повышения концентрации диоксида углерода в атмосфе-

39

ре, что некоторые фреоны разрушающе действуют на озоновый слой. Энергетика достигла объема 8 млрд кВт, что уже составляет до 25% от энергетики фотосинтеза. АЭС производят 18% энергии; во Франции и Бельгии – до 70%. Воздействие на ресурсы гидросферы. В развитых странах в сельском хозяйстве на орошение и полив расходуется около 50% воды, в промышленности – 40, на коммунальные нужды – 10%. Среднее потребление воды в мире на эти нужды соответственно составляет около 60, 30 и 10%. Сельское хозяйство. Площадь орошаемых земель в начале ХХ в. была равна 40 млн га, в 1970 г. – 235 млн га, в 2000 г. – 420 млн га. Затраты воды на производство сельскохозяйственных продуктов составляют (т / га): зерновые – 2–3; сахарной свеклы – 3–6; многолетние травы – 2–8; хлопок – 5–8; рис – 8–15. Безвозвратные потери воды при орошении достигают 20–60% от водозабора. Суммарное мировое водопотребление сельским хозяйством быстро растет (км3/год): начало ХХ в. – 350; 1970 г. – 1900; 2000 г. – 3400. Промышленность. Еще быстрее растет расход воды в промышленности. В 1900 г. она во всем мире расходовала около 30 км3 воды, в 1950 г. – 190, в 1970 г. – 510, в 2000 г. – 1900 км3. Основной потребитель воды в промышленности – теплоэнергетика. Здесь различают прямоточное и оборотное водопотребление. При прямоточном водопотреблении расходуется большое количество воды, но безвозвратные потери малы. При оборотном потреблении, когда отработанная вода после очистки снова используется в производстве, расход воды резко сокращается, например, тепловая станция при прямоточном водопотреблении расходует 1,5 км3 воды в год, при оборотном – 0,12 км3/год, т.е. в 13 раз меньше. В южных районах расход воды больше, чем в северных. Атомные электростанции расходуют воды в 1,5–2 раза больше, чем тепловые. Однако доля безвозвратных потерь воды в теплоэнергетике невелика – 0,5-2%, при общих потерях 5–10%. Население. На коммунальные нужды в мире расходуется 5– 10% воды. Непосредственные физиологические потребности человека в воде составляют около 2,5 л в сутки. Однако фактический суточный объем воды, потребляемый одним жителем в селе без водопровода, составляет 30–50 л, с водопроводом – 80–150 л, в городе 200–600 л, т. е. в 20–250 раз больше, чем потреблял дикий чело-

40

век. Город с населением в 1 млн человек расходует в сутки до 0,5 млн м3 воды. С 1900 по 1950 г. водопотребление населением возросло в 3 раза, с 1950 по 2000 г. – в 7 раз. Каждые 8–10 лет потребности в воде возрастают вдвое, что связано с ростом населения. Доля безвозвратных потерь воды примерно равна 10%. Суммарное водопотребление в России. В 1975 г. при годовом стоке рек 4720 км3 (это около 11% речных стоков Земли) оно составило 335 км3, т.е. около 7%. Предполагаемый расход воды в 2000 г. составляет 800 км3. Это уже 17% речных стоков. В мире нарушается баланс чистой воды в гидросфере, ощущается ее дефицит. Так, безвозвратное потребление воды за счет водохранилищ составляет от 430 до 570 км3 в год. Неочищенных вод сбрасывается в водоемы до 30 км3 в год. По данным М.И. Львовича, в середине 80-х гг. на земном шаре на промышленные и бытовые нужды расходовалось 150 км3/год. Это около 0,5% речных стоков. По закону водопотребления фактический водозабор должен быть в 4 раза больше – 600 км3/год, из них 450 км3/год – это возвратные или сточные воды. Для их обезвреживания и разбавления нужна чистая вода, причем в 10–15 раз больше, около 6000 км3/год. Это составляет уже 30% мирового стока рек. Воздействие на ресурсы литосферы. Из общей площади земной суши уже 1/3 ее занята человеком под его надобности. Так, под промышленность и дороги отнимаются около 1 млрд га (7% площади суши), под луга и поля – около 3,7 млрд га (25% суши). Извлекается огромное количество горных пород – до 100 млрд т, из них используется лишь около 1%. Мировая добыча полезных важнейших ископаемых в 1980 г. составила (млн т): каменный уголь – 2650; бурый уголь – 930; горючие сланцы – 110; нефть – 3460; обогащенные железные руды – 706; бокситов – 89; хромовой руды – 4,3; меди – 7,9; цинка – 5,6; NaCl – 165; фосфатов – 135. Приведенные данные показывают, что из недр Земли ежегодно извлекаются миллионы тонн руд, а каменного угля и нефти – миллиарды тонн. И темпы их извлечения ежегодно растут: топлива – на 4%, руд – на 5%. В России за время демократизации и перехода на рыночные отношения (с 1990 г.) добыча и переработка полезных ископаемых уменьшилась на 30–50%. Ликвидируется значительное число пред-

41

приятий, шахт (более 100), рудников. Исключение составляют объемы добычи газа, производства алюминия и цинка, которые почти не изменились. Тревогу вызывает низкий прирост разведанных запасов полезных ископаемых. Новые собственники, добывающие и перерабатывающие полезные ископаемые, в частности газ и нефть, не желают вкладывать средства и заниматься разведкой их запасов, рассчитывая, что это по-прежнему будут делать за них государственные структуры на средства налогоплательщиков. Другой недостаток – некомплексная и неглубокая переработка сырья, что приводит к потере в отходах значительных количеств ценных компонентов. Так, при обогащении руд теряется более 1/3 олова, вольфрама, около 1/4 железа, молибдена, оксида калия. В Сибири из недр извлекается лишь около 1/3 нефти. В больших объемах накапливаются в отвалах вскрышные породы и отходы переработки, выводятся из оборота крупные массивы земель. Проблема минерального голода. Запасы минерального сырья истощаются, особенно полезных ископаемых и невосполнимого ископаемого топлива: нефти, каменного угля, газа. Каменного угля при современных уровнях добычи хватит на 2–3 тысячелетия, а с учетом постоянного его роста добычи – на несколько столетий. Нефть будет исчерпана в ближайшие столетия. Так, запасов нефти Кувейту хватит примерно на 220 лет, Ирану – на 115 лет, ОАР – на 70 лет. США 50% минерального сырья ввозят, оставляя свои недра преимущественно в неприкосновенности. Воздействие на ресурсы почв и их плодородие. Природных причин разрушения почв две: эрозия и дефляция. Эрозия (лат. erodere – размывать) – смыв и размыв плодородного слоя почвы талыми и ливневыми водами. Ей особенно подвержены местности с волнистым и горным рельефом. Дефляция (лат. deflare – сдувать) – сдувание ветром слоя почвы. Она особенно развита в засуху и на землях с нарушенным дерновым слоем почвы. Негативное воздействие человека на почвы более разнообразно: ƒ изъятие сельскохозяйственных угодий из оборота под поселения, дороги, предприятия, при добыче полезных ископаемых, для водоемов, заказников и т.п.; ƒ истощение почв гумусом из-за несбалансированного изъятия из экосистем органического вещества в виде урожая; деградация пастбищ из-за чрезмерного выпаса скота;

42

ƒ распашка земель, приводящая, к нарушению дернового слоя почвы, что способствует более быстрой эрозии и дефляции почвы, особенно на склонах; ƒ засоление почв, загрязнение их пестицидами, токсикантами, особенно возле городов. По оценкам ученых, с начала ведения человеком скотоводства и земледелия человечество по разным причинам, в том числе от эрозии почвы, потеряло около 2 млрд га земель, из них до 0,7 млрд га пахотных земель. Но что особенно тревожно: опустынивание суши продолжается и в настоящее время со скоростью от 5 до 20 млн га/год. В России из 200 млн га пашни эрозии подвержены около 26 млн га, дефляции – 8 млн га, их совместному воздействию – 2 млн га. Земель, возможность эрозии и дефляции которых достаточно велика, в три раза больше. В последние 10–15 лет в России площади черноземов, нарушенных эрозией и дефляцией, увеличивались в среднем на 250–300 тыс. га в год. Из них 25–30 тыс. га черноземов теряется из-за образования оврагов. Воздействие на ресурсы флоры и фауны. Сельскохозяйственная деятельность человечества обострила состояние земного земледельческого почвенного покрова, растительного и животного мира. С начала скотоводства и земледелия, благодаря человеку, произошел рост пустынь на 1000 млн га (6,7% суши). И они растут со скоростью 10–44 га/мин. Эрозии почв подвергается ежегодно 200 тыс. га. Значительное сокращение человеком естественных биоценозов привело к глобальному воздействию на изменение видового состава растительности и живых организмов, на его обеднение как в связи с истреблением целого ряда их представителей, так и в связи с определением человеком для культивирования избранного им растительного и животного мира. Сокращение генофонда флоры. Продолжающееся наступление человека на естественные биоценозы, пастьба скота, неконтролируемая хищническая заготовка и истребление наиболее полезных и интересных растений приводят к их исчезновению и более широкому распространению неиспользуемых сорных трав. Из 250 тысяч видов высших растений около 30 тысяч видов находится под угрозой исчезновения в ближайшие 100 лет. Используется же человеком 10–15% от общего видового состава растений. В России ежегодно исчезают 1–2 вида растений.

43

Ботаники всего мира бьют тревогу о гибели генофонда растений. Ими созданы Красные книги редких и исчезающих растений на глобальном и региональных уровнях, ведется разъяснительная работа. Однако эффективность воздействия проводимых природоохранных мероприятий на сознание населения, на деятельность отдельных природопользователей низка. Основная причина этому – отсутствие должного, широко организованного контроля и спроса за допускаемые случаи уничтожения редких и исчезающих видов растений как местным населением, так и специализированными службами и административными органами. Например, в России государственной системы мониторинга запасов диких растений нет, и, бесспорно, ее надо создавать. Сокращение ареала лесов. С начала освоения человеком земледелия лесистость материков Земли сократилась с 10,4 до 3,9 млрд га, т.е. с 75 до 28%. Лес вырубается со скоростью до 20 га/мин. В Англии уничтожено лесов более 95%; в Италии и Франции – 85–90; в Америке – 70; в Африке и европейской части России – 60%. Менее всего леса сократились в Финляндии – лишь на 35%. В последние годы опасные масштабы приняло уменьшение площади тропических лесов в Африке, в Центральной и Южной Америке. Влажные тропические леса занимают только 6% суши, но они являются местом обитания почти половины всех биологических видов на Земле и большинства из 80 тыс. съедобных растений. Их растительность – основной генофонд для сельского хозяйства, лесоводства, фармации. При сохранении нынешних темпов сведения тропических лесов через 20 лет исчезнет 20% видов. Огромно значение влажных тропических лесов и для круговорота углерода в атмосфере. Поэтому проблема их сохранения имеет глобальное значение. Основные причины сокращения ареала лесов на Земле: изъятие территории лесов человеком для земледелия и других своих нужд; неумеренная рубка и заготовка леса, когда его забирается несравненно больше, чем воспроизводится; лесные пожары; вблизи поселений по вине человека происходит 97% пожаров, в малолюдных местностях – 50–60%; повреждение лесов вредными насекомыми, особенно непарным шелкопрядом; кислотные дожди; рекреационные (лат. recreation – восстановление, время отдыха) перегрузки лесов при пребывании в них людей.

44

Вблизи городов, в густонаселенных местностях увеличение нагрузки на 1 га леса более 8–15 чел.·⋅час или плотности кратковременно отдыхающих (посещающих) более 20–50 чел./га ведет к разрушению лесного биоценоза. Это, во-первых, связано с уплотнением при ходьбе людей поверхности почвы, вплоть до шестикратного (как у грунтовой дороги). Снижение пористости почвы и нарушение ее структуры ухудшает условия жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и питание лесной растительности. Вовторых, сбор грибов, цветов, ягод, орехов подрывает самовозобновление ряда видов растений. В лесу появляются вытоптанные поляны, где уже нет растительности, а также обломанные деревья, кучи мусора и черные пятна кострищ. В-третьих, шум отпугивает птиц и млекопитающих, мешает им нормально растить свое потомство. Большой вред лесному хозяйству наносят пожары Например, пожар в Средней Сибири 1915 г. имел очаг в 160 млн га, при котором сгорела тайга на площади 12,5 млн га. Уничтожая лесную растительность, пожары приводят к смыву и уносу ветром маломощного почвенного слоя и образованию каменистых осыпей, скорость эрозии почвы возрастает в сотни раз, усиливаются паводки на реках. После пожаров и бессистемной вырубки лесов ухудшается состав лесов, уменьшается прирост деревьев, начинают быстро размножаться вредные насекомые и дереворазрушающие грибки. Возникают «зеленые пожары», когда шелкопрядом поражаются громадные лесные массивы. Так, в 1896–1909 гг. в Восточной Сибири от шелкопряда лес пострадал на площади 565 тыс. га. Сокращение численности фауны и ее генофонда. Естественная регуляция животного мира весьма разнообразна. Она зависит от мест распространения (континенты, острова, изолированные ландшафты), путей миграции, степени изменения климатических условий, стихийных бедствий, эпидемий и т.п. Так, в природе глобальные изменения климата привели к гибели динозавров и значительно позднее – мамонтов. Гибель живого мира на больших территориях наблюдается от крупных природных катастроф: большие пожары и землетрясения, обширные наводнения и ураганы, сильные похолодания и засухи. Однако более масштабно и разнообразно антропогенное воздействие на численность животного мира С использованием животных в пищу и для изготовления одежды связано истребление

45

ряда его видов: стеллерова корова, тур, бескрылая гагарка и многие другие. Всего истреблено от 200 до 400 видов животных. Под угрозой исчезновения находится еще 1200 видов. Необоснованно увеличение отстрела и отлова животных. Например, в 1920 г. китов было добыто 11,4 тыс., а через 35 лет, в 1965 г., – уже около 65 тыс. На Гавайских островах уничтожено 60% фауны. На Маскаренских островах стаи птиц сократились на 86%. С другой стороны, во вред диким животным происходило одомашнивание и культивирование отдельных видов и групп животных, причем не всегда с практической целью. Развитие коз в Южной Европе привело почти к катастрофическим последствиям для растительности. Культ «священных» коров в Индии, количество которых достигло 250 млн, наносит существенный урон растительности и экологии. Привоз кроликов в Австралию привел к значительному изменению фауны и флоры в ее травянистых ландшафтах. Выбивание леопардов в Кении послужило причиной губительного развития кабанов. Наблюдаются переловы рыб в различных водных бассейнах. 2.4. Загрязнение природной среды 2.4.1. Характеристика загрязнений

Загрязнение природной среды – это неблагоприятное изменение среды обитания, которое прямо или косвенно меняет физикохимические свойства среды и условия существования живых организмов. Загрязнение может быть связано с природными явлениями и с деятельностью человека. В зависимости от сферы деятельности человека различают бытовые, сельскохозяйственные, промышленные загрязнения. Промышленные выбросы дополнительно классифицируют по разным признакам на организованные и неорганизованные, непрерывные и периодические, горячие и холодные, точечные и рассредоточенные, первичные и вторичные. Различают два типа загрязнения: вещественное и энергетическое. По виду воздействия загрязнение может быть механическое (твердые тела в воздухе, воде), физическое (шум, излучение), химическое, биологическое (насекомые, микроорганизмы). Виды энергетического загрязнения: тепловые выбросы; колебания звуковой

46

частоты: шум, вибрация; электромагнитные поля; световое, лазерное, радиоактивное излучения. Загрязнители (загрязняющие вещества) различают по агрегатному состоянию: выбросы в атмосферу (газообразные, жидкие, твердые, смешанные), сточные воды, твердые отходы и по степени загрязнения: условно чистые, загрязненные; нетоксичные, токсичные. Основная характеристика загрязнителей – это их предельно допустимая концентрация (ПДК). По токсичности вредные вещества по ГОСТ 12.1.007-76 подразделяют на 4 класса: 1 – чрезвычайно опасные; 2 – высоко опасные; 3 – умеренно опасные; 4 – малоопасные. В этом стандарте приведены ПДК более чем для 2000 веществ. Одновременное присутствие в биосфере нескольких вредных веществ должно удовлетворять условию: сумма их относительных количеств должна быть не более 1: C1/ ПДК1 + C2/ ПДК2 +…+ Cn/ ПДКn ≤ 1.

(2.2)

где C1, C2, Cn – концентрация вещества; ПДК – его предельно допустимая концентрация. Загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы рассматриваются отдельно. 2.4.2. Загрязнение атмосферы

Виды загрязнителей атмосферы. По ГОСТ 17.2.1.01–76 выбросы в атмосферу классифицируют: по агрегатному состоянию: 1) газообразные (SО2, СО, NOx, углеводороды), 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей, жидкие металлы, органические соединения), 3) твердые аэрозоли (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, пыль, сажа); по массе выброса (т/сутки): 1) < 0,01; 2) 0,01–0,1; 3) 0,1–1; 4) 1–10; 5) 10–100; 6) > 100; по размеру твердых частиц (мкм): 1) до 1; 2) 1–10; 3) 10–50; 4) более 50; по размеру жидких частиц (мкм): 1) ≤ 0,5 – супертонкий туман; 2) 0,5–3 – тонкодисперсный туман; 3) 3–10 – грубодисперсный туман; 4) более 10 – брызги. В состав аэрозолей обычно входят 4 группы веществ: твердый углерод (сажа), сульфаты, органические соединения, вода.

47

Особый вид загрязнения атмосферы – радиоактивные нуклиды (см. п. 2.3.6). Естественное загрязнение атмосферы определяется пожарами, пыльными бурями, извержением вулканов, разрядами молний (синтез оксидов азота). Примеры: извержение вулкана Кракатау в 1883 г., закрывшее пылью большую часть неба Земли; пыльная буря 1975 г. в пустыне Сахара, достигшая земель Югославии. Основные источники антропогенного загрязнения атмосферы. В развитых странах основное загрязнение атмосферы создают теплоэнергетика (тепловые электростанции), промышленность (металлургические и цементные заводы) и автотранспорт. В России в 90-х гг. ежегодные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу достигали 40 Мт (около 6% мировых выбросов), в том числе от стационарных источников – около 20 Мт. Из них доля выбросов теплоэнергетики составляла 27%, черной и цветной металлургии – 35, нефтедобычи и нефтехимия – 15, стройиндустрии – 8, химической промышленности – 2%. Доля транспорта – 30–35% от общей массы выбросов, в том числе автотранспорта – 95%, самолетов – 2,5, водного транспорта – 2,5%. В США основным загрязнителем воздуха является автотранспорт – более 50%. Промышленные загрязнения преимущественно связаны с переработкой или сжиганием каменного и бурого угля. Так, при коксовании 1 т угля образуется около 300 м3 коксового газа. Он помимо водорода и метана, которые составляют 70-90% его общего объема, содержит около 4–5% СО, 2–3% углеводородов, 5–10% азота и его соединений. Около 6% газа теряется и поступает в атмосферу. При выплавке 1 т чугуна выброс пыли составляет около 4,5 кг, сернистого газа – 2,7 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу также выбрасываются в небольших количествах соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов, цианистый водород и др. Учитывая большие объемы выплавляемого чугуна (сотни миллионов тонн), масштабы загрязнения воздуха металлургическими заводами велики. Однако в бόльших масштабах воздух загрязняется пылью, оксидами серы и азота, другими вредными веществами при сжигании угля на тепловых электростанциях. Так, современная тепловая электростанция мощностью 2,4 млн кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу около 680 т оксидов серы, 200 т оксидов азота, 120-240 т твердых частиц (зола, сажа, пыль).

48

Химическая промышленность загрязняет атмосферу токсичными газами. Последствия их воздействия на биосферу, человека иногда трагичны. В 1984 г. в г. Бхопале в Индии при аварии на электростанции в воздух поступило 40 т токсичных газов, что привело к смерти 2,5 тыс. чел. и заболеванию более 50 тыс. чел. В мексиканском городе Сегодад за счет ядовитого воздуха, принесенного с территории США, произошли массовые отравления детей ртутью, содержащейся в виде взвеси. Умерло 8 тыс. чел. Основным загрязнителем городской атмосферы является автотранспорт – 30–70%. Суммарная мощность автомобильных двигателей больше мощности тепловых станций. В СССР выбросы вредных веществ автомобилями (на 80–90% грузовыми) составляли (млн т/год): в 1960 г. – около 10, в 1970 г. – 22, в 1980 г. – 39. Автомобили мира в 80-х гг. ежегодно выбрасывали в атмосферу (млн т/год): СО – 260, углеводородов – 40, оксидов азота – 20. В крупных городах мира (Нью-Йорк, Москва, Токио и др.) автомобильная доля загрязнения воздуха оксидом углерода составляет 90-99%, углеводородами – 65–90%, оксидами азота – до 33%. И степень этого загрязнения с увеличением автомашин грозит создать в городах нездоровые условия жизни, в отдельных случаях – смертельные, особенно когда добавляются иные промышленные выбросы. В крупных городах с большой плотностью автотранспорта и котельных, сжигающих каменный уголь, нефтяные продукты, при застое воздуха образуется смог – смесь дыма с ядовитым туманом. Он содержит высокие, опасные для жизни людей концентрации угарного газа СО, оксидов серы, азота и их соединений. Примеры. 1. В Лос-Анджелесе до 60 дней в году наблюдается сильный фотохимический туман из-за загрязнения воздуха автотранспортом. При этом за счет фотореакции образуются нитраты, озон, органические перооксиды, пероксилацетилнитрат. 2. В г. Доноре (США) 26 октября 1948 г. густой туман – смог – окутал на двое суток дома. Заболело около 6 тыс. чел., 20 чел. умерли. 3. В Лондоне в декабре 1952 г. за 3–4 дня от смога пострадали более 4 тыс. чел. Главным вредным компонентом был оксид серы SO2. Смоги и кислотные дожди – примеры негативного воздействия человека на природу. Оно принимает все более угрожающий характер.

49

Общая масса антропогенного загрязнения атмосферы составляет около 700 Мт/год. Данные по массе веществ, приведенные в таблице 2.1, ориентировочны, поскольку они весьма различны у разных авторов. Это обусловлено большими колебаниями природных и антропогенных выбросов. При сжигании топлива также образуются пары воды и СО2. Их к вредным веществам не относят. Таблица 2.1 Масса веществ, в основном загрязняющих в атмосферу, Мт/год Вещество Естественное поступление Антропогенные выбросы

СО SO2 NOx

Дым, пыль

CnHx

5000 140 1400 ∼20000 1000 300 150

50

∼250

50

ФреоO3 Pb ны – 2

200 – –

Hg –

0,2 0,005

Почти половина антропогенного загрязнения атмосферы СО, NOх, SO2, углеводородами связана с выхлопами автотранспорта, количество машин которого в мире составляет около 500 млн И доля этих загрязнений возрастает, так как постоянно растет число автомобилей. СО. Его основной антропогенный источник – более 80%– выхлопные газы автомашин (∼260 Мт/год). Они содержат его до 15%. В природе основной источник СО – лесные пожары. SO2. Человек его получает обычно при сжигании угля (70%) и мазута (16%). Природный источник – действующие вулканы. NOx – NO и NO2. Образуются при грозах и работе двигателей. Углеводороды CnHx. Их главный источник – растения (∼1000 Мт/год). Основной антропогенный источник – выхлопные газы автотранспорта (более 60%). Влияние загрязнения атмосферы на человека, фауну и флору В организм человека и многих животных загрязнители атмосферы попадают преимущественно (на 90%) через систему дыхания. В организме вредные примеси вызывают токсический эффект, являются помехой для очистки дыхательного тракта, могут быть носителями ядовитых веществ. Основные виды заболеваний от загрязнения воздуха: бронхиты, астма, поражение верхних ды-

50

хательных путей, эмфизема легких; сердечно-сосудистые заболевания; болезни глаз. Примеры. СО соединяется с гемоглобином крови. При его концентрации больше 0,4% ухудшается острота зрения, при 2–5% происходит поражение психомоторных функций головного мозга, при 5–10% нарушается деятельность сердца и легких, а при 10% и больше наступает головная боль, спазмы, паралич легких, смерть. Оксиды серы SO2, SO3 и серная кислота также приводят к заболеваниям дыхательных путей и легких. Кислые дожди наносят большой вред растительности, часто губят ее на больших территориях, вдали от источников загрязнения. Оксиды азота и продукты их взаимодействия с углеводородами, типа пероксилацетилнитрата (ПАН) вызывают воспаление глаз, спазмы грудной клетки, сильный кашель. Проблема озона О3. Считается, что слой озона в атмосфере на высоте 20–60 км служит щитом для живых организмов, предохраняя их от губительного жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Предполагают, что он сильно поглощает ультрафиолетовую радиацию с длинами волн 0,22–0,29 мкм (220–290 нм). Удельное содержание О3 (ρозона/ρвозд.) ⋅106 составляет в северном полушарии от 0,029% (1961–1962 гг.) до 0,031% (1972–1974 гг.). В течение года максимум концентрации озона наблюдается весной, в апреле (0,033–0,035%), а минимум осенью, в октябре (0,027%). Циклическое изменение содержания озона объясняются: 11-летним циклом солнечной активности; циркуляцией атмосферы, которая приводит к переносу в высокие слои атмосферы оксидов азота, хлора, фреонов, а они катализируют процесс разложения О3 до О2. Однако здесь много неясного. Так, во-первых, молекулы указанных катализаторов в несколько раз тяжелее молекул воздуха (О2 и N2) и их подъем в высокие слои атмосферы маловероятен. Вовторых, на высоте более 20 км атмосфера очень разрежена, концентрация молекул воздуха весьма мала и встреча их и продуктов реакции с частицами катализатора – это исключительное событие. В-третьих, непонятен сам механизм фотохимической реакции ультрафиолета с молекулами озона, поскольку дальше атомы озона, в отличие от атомов кислорода, окисляться (терять электроны) не могут. В-четвертых, образование озонных дыр в полярных областях легко объяснить низким или полным отсутствием (в полярную ночь) потока солнечного ультрафиолетового излучения, вызываю-

51

щего генерацию озона из кислорода. Иными словами, ультрафиолетовое излучение скорее поглощает кислород, а не озон, и озоновые дыры никому не грозят. 2.4.3. Загрязнение гидросферы

Гидросфера объединяет все свободные воды, которые могут перемещаться под влиянием солнечной энергии и сил гравитации. Это воды океанов, морей, озер, снега, подземные, грунтовые, речные, атмосферные (в виде пара, тумана). Как отмечалось в п. 2.2.3, на Земле имеется около 1,4 млрд км3 соленой воды (97%). Площадь водной поверхности равна 361 млн км2. На суше находится до 40 млн км3 (3%) свободной пресной воды. В виде ежегодно возобновляемого стока рек мира объем пресной воды, наиболее нужной для живых организмов, составляет около 0,04 млн км3, или около 0,1% от всего ее объема. Виды загрязнителей гидросферы. Различают загрязнители гидросферы по природе: минеральные (около 42%), органические (около 58%), биологические (бактериальные); по объекту: промышленные, хозяйственно-бытовые, фекальные; по растворимости: нерастворимые, растворимые и т.п. К минеральным загрязнителям относят песок, глину, шлак, соли, кислоты, щелочи, минеральные масла и т.п., содержащиеся в сточных водах металлургической и машиностроительной промышленности, отходах нефтяной и перерабатывающей промышленности. Органические загрязнители по происхождению делят на растительные: трава, растительные и пищевые остатки, бумага, нефтепродукты; животные: загрязнения животноводческих ферм, выделения животных, стоки боен скота, кожевенных заводов, биофабрик. Источники загрязнения гидросферы – это объект или субъект, вносящий в воду загрязняющие вещества, микроорганизмы или теплоту. Ими являются атмосферные и талые воды городов, бытовые и промышленные сточные воды, животноводческие стоки и грунтовые воды, загрязненные удобрениями и пестицидами. Ежегодно в водоемы сбрасывается около 30 млрд м3 неочищенных вод. Основная причина загрязнения морских вод – разливы нефти. Загрязнение водных систем более опасно, чем загрязнение атмосферы, потому что процессы очищения воды протекают значительно медленнее.

52

Загрязнение рек и водоемов. Они загрязняются сточными водами промышленных и коммунальных хозяйств; водами шахт, рудников, нефтепромыслов; атмосферными загрязненными осадками; сбросами транспорта; продуктами сельскохозяйственной деятельности и обработки технических культур; отходами производств; отходами древесины при заготовке и сплаве леса. К загрязнителям относятся: поверхностно-активные вещества, синтетические моющие средства, пестициды и другие химические соединения, фекальные спуски и т.д. Во многих густонаселенных территориях интенсивно загрязняются реки. Воду таких рек не только пить, но и купаться нельзя в ней. Нил – древняя река человечества, за год принимает в себя около 100 млн м3 ядовитых отходов и нечистот. В Индии с 1940 по 1950 г. фекальные инфекции от загрязненных вод привели к смерти около 27 млн чел. Рейн превращен в сточную канаву Европы. Лишь один промышленный гигант «Байор» сбрасывает в него ежегодно до 3000 т ядовитых веществ. В Майн ядовитые сливы в количествах более 800 т поставляет компания «Фарбверх Хехст». В крупнейшую реку Европейской России Волгу поступает около 25 км3/год сточных вод при потоке воды у Волгограда в 240 км3/год. Разбавление стоков составляет менее 1/10, тогда как по нормам оно должно составлять от 1/20 до 1/30. Умирают озера. Пример тому – Аральское море-озеро, которое гибнет из-за уменьшения поступления воды в связи с постройкой Каракумского канала и роста расхода воды рек Амударьи и Сырдарьи на полив. Одно из Великих озер Америки – озеро Эри – превращается в сточный водоем, в который ежегодно сбрасывается 6 тыс. м3 сточных вод и до 40 млн м3 промышленных сливов. Загрязняются, преимущественно стоками целлюлозных комбинатов, озеро Ладога и чистейшее озеро мира – Байкал. Загрязняются и истощаются подземные запасы вод. Даже ледники загрязняются при выпадении осадков. Во льдах Гренландии содержание свинца в 1969 г. по сравнению с 1953 г. повысилось в 20 раз и превышает естественный уровень чистых льдов в 500 раз. Загрязнение морей. Оно происходит: вследствие промышленной, сельскохозяйственной и бытовой деятельности людей, которая приводит к загрязнению рек, впадающих в моря; из-за непосредственных сбросов в моря отходов и грязных стоков; из-за раз-

53

лива нефти из танкеров при их крушении. Некоторые из сбросов удобряют прибрежные части морей и океанов, создавая обилие фитопланктона, рост сине-зеленых водорослей и, как следствие, заполнение ими огромных акваторий и гибели других живых организмов моря. Сейчас это достигло такой степени, что море, несмотря на значительные резервные функции самоочищения, уже не способно восстановить свои природные качества, если ему не помочь. В первую очередь это касается внутренних водоемов: Каспийского, Средиземного, Балтийского, Красного, Аральского и других морей. По заключению Ж.-И. Кусто, без неотложных мер по восстановлению вод Средиземного моря оно станет мертвым всего через 40 лет. На первом месте среди загрязнителей моря находится нефть. Так, авария на скважине у Санта-Барбары в Калифорнии в 1969 г. сопровождалась суточным изливом в море до 100 тыс. л нефти. Авария супертанкера «Торри-Карион» у южной оконечности Англии привела к загрязнению моря 17 тыс. т нефти. И эти примеры можно долго приводить. Из-за разливов нефти первичная продукция моря только за последние 25 лет уменьшилась на 15–25%. Другими загрязнителями морских вод являются пестициды, отходы металлургических и химических производств, особенно содержащие три тяжелых металла: ртуть, медь свинец. Так, в морскую среду ежегодно попадает около 5 тыс. т ртути. Воздействие загрязнений гидросферы на флору, фауну и человека. Кислотные дожди, которые порождаются продуктами сгорания природных углей и нефтяных продуктов, губят растительность, ухудшают качество грунтовых вод. Рекордное повышение кислотности воды до рН 2,4 зафиксировано в шотландском городе Питлохри. На севере Скандинавии образовались «кислотные» озера. В Австрии в 1983 г. было подвержено заболеванию 200 тыс. га лесных массивов. Гибель леса приводит к эрозии горных склонов, возрастает опасность лавин и обвалов. Леса превращаются в каменистую пустошь. От сбросов неочищенных вод в водоемы гибнет рыба и водная растительность. Постоянное употребление человеком воды, содержащей концентрации вредных примесей больше ПДК в несколько раз, приводит к хроническим заболеваниям кожи, желудка, печени. При большом превышении ПДК возможны отравления и

54

смерть. Появление в воде болезнетворных микроорганизмов может вызвать эпидемию, например, холеры. Особую опасность для живых организмов представляет загрязнение морей и прибрежной зоны при разливе нефти из потерпевших крушение танкеров (около 10 млн т/год), при авариях на морских буровых платформах, при промывке танкеров (около 2 млн т/год). Обычно такие аварии вызывают экологическую катастрофу в местах попадания нефти в воду, поскольку нефть и нефтепродукты оказывают вредное воздействие на многие живые организмы, в первую очередь на исходный продукт питания большинства морских организмов – планктон. 2.4.4. Загрязнение биолитосферы

Источники загрязнения биолитосферы. Загрязнение растительности, строений, почвы, недр возможно газами, аэрозолями, пылевидными, жидкими и твердыми веществами. Например, выхлопные газы автомашин содержат оксиды азота, соединения свинца, углеводороды, сажу, которые, оседая на придорожных растениях и почве, вовлекаются в природные круговороты, связанные с пищевыми цепями. Большой урон, особенно лесам, наносят кислотные дожди. Выпадение радионуклидов на обширной территории после аварии на Чернобыльской АЭС – страшный пример загрязнения биосферы человеком. Однако основной вклад в загрязнение литосферы вносят твердые отходы. Так, в мире ежегодно добывается свыше 100 млрд т полезных ископаемых, из которых около 99% идет в отходы. Твердые отходы по виду деятельности человека подразделяют на промышленные, сельскохозяйственные и бытовые. Промышленные отходы: отвалы (основная масса отходов), шлаки, шламы, зола и иные горной, горно-химической, металлургической промышленности и ТЭЦ; металлическая стружка, бракованные изделия, металлолом металлообрабатывающих предприятий; фосфорогипс, огарок, шламы, отходы резины, пластмасс химической промышленности; радиоактивные отходы атомной промышленности и АЭС; отходы лесозаготовок, лесопиления, деревянных конструкций, мебели лесной и деревообрабатывающей промышленности; кости, шерсть, шелуха, мусор пищевой и легкой промышленности.

55

Сельскохозяйственные отходы: солома, труха, растительный мусор; навоз; остатки удобрений и пестицидов, обломки тары. Бытовые: отходы пищи, очистки, мусор, стекло и т.п. Загрязнение почвы пестицидами, токсикантами Почвы могут загрязняться патогенными бактериями, пестицидами, токсикантами. Биологическое загрязнение описано в п. 2.4.5. Пестициды (лат. petis – зараза, cido – убивать) – собирательное название ядохимикатов, предназначенных в сельском хозяйстве. Их классифицируют по гигиеническому, химическому и производственному признаку. В зависимости от объекта воздействия (сорняки, насекомые, животные) пестициды подразделяют: для борьбы с клещами – акарециды, с бактериями – бактерициды, с грызунами – зооциды, с вредными насекомыми – инсектициды, с круглыми червями – нематоциды, с грибками, паразитирующими на растениях, – фунгициды, с микроорганизмами, разрушающими неметаллические материалы – антисептики; для уничтожения сорняков – гербициды, водорослей – альгициды; для удаления листьев – дефолианты, излишних цветков – дефлоранты, для высушивания листьев на корню – дисиканты. Многие пестициды – ядовитые вещества, некоторые из них сильные яды. В основном это органические вещества, содержащие хлор (гексахлоран, полихлоркамфен, алдрин, ГХЦГ – гексахлорциклогексан, дилор), фосфор (хлорофос, метафос, карбофос, фозалон, фосамид и др.), ртуть (гранозан, меркуран, агронал, фализан и др.), мышьяк, цианиды. Ряд пестицидов, например ДДТ – 4,4′дихлор-дифенилтрихлорэтан, долго сохраняется в природной среде. Металлы пестицидов (ртуть, свинец и др.) способны накапливаться в живых организмах. Человек ежегодно теряет около 35% урожая, в том числе от вредителей – около 14%, болезней – 11, сорняков – 10%. Применение пестицидов позволяет снизить эти потери и повысить урожайность. Мировое производство пестицидов составляет более 2 млн т, в России около 150 тыс. т. Их ассортимент – более 1000 наименований, в России – около 100. Однако из-за приспособления вредителей к пестицидам потери урожая снова возрастают. Кроме того, неумелое и неумеренное их использование приводит к гибели полезных живых организмов, загрязнению почвы и затем грунтовых вод. Так, в России 6–9% обследованной площади почвы загрязнены пес-

56

тицидами, преимущественно запрещенным теперь 4,4′дихлордифенил-трихлорэтаном (ДДТ), а в Московской и Иркутской областях – до 50% площади. Токсиканты – ядовитые вещества, попадающие в почву из выбросов, сбросов и отходов больших городов и крупных предприятий металлургии, нефтехимии, угледобычи, машиностроения. Их различают по классам опасности: класс I – 3,4-бензпирен, соединения мышьяка, ртути, свинца, селена и др.; класс II – соединения хрома (VI), меди, сурьмы, молибдена, никеля и др.; класс III – ацетофенон, соединения ванадия, марганца, стронция, вольфрама, фтора. Из 85 обследованных в 12 городах России загрязнение почвы по отдельным токсикантам превышает ПДК примерно в 10 раз. В трех городах – Белово (Кузбасс), Мончегорск (Кольский полуостров), Ревда (Урал) – загрязнение почвы в городе и в радиусе 5 км от него относится к чрезвычайно опасному. 2.4.5. Биологическое загрязнение

В отличие от воздуха вода и особенно неподвижная почва способны накапливать и хранить попадающие в них загрязнения, в том числе биологические. Почва и вода – среда обитания низших животных и микроорганизмов, таких как бактерии, грибки, вирусы и др. Некоторые из них являются болезнетворными: палочки сибирской язвы, столбняка, ботулизма, газовой гангрены, возбудители дизентерии, холеры, тифа, чумы, ящура, бруцеллеза и др. Источники болезнетворных загрязнений: недостаточно обезвреженные твердые и жидкие хозяйственно-бытовые отходы (особенно учреждений здравоохранения), скотомогильники, выбросы животноводческих комплексов и ряда предприятий – боен, биофабрик и т.п. Другой вид биологического загрязнения – это насекомые и другие организмы – переносчики болезней, например, комары (малярия), клещи (энцефалит), вши (тиф), мыши и крысы (чума) и т.д. Серьезный вред наносят животные и растения, попавшие из другой экосистемы в новую экосистему, где у них нет естественных врагов (экофагов). Примеры: массовое размножение и расселение кроликов в Австралии, где нет волков и лис; быстрое распространение колорадского жука из Америки по Европе и Азии; наступление на местные леса Колхиды (Грузия) эвкалиптов, ввезенных из Австралии и высаженных для осушения болот.

57

2.4.6. Физическое загрязнение

Человек создал новые виды вредного воздействия на свое собственное здоровье – энергетические. Это следующие виды физического загрязнения: повышенный уровень шума, вибрации, световых, электромагнитных и ионизирующих (радиоактивных) излучений. Шум представляет смесь звуков разной интенсивности и частоты. Вибрация – колебания твердых тел, воспринимаемые как сотрясения. Шумы и вибрация связаны с работой машин и механизмов (дробилок, молотов, моторов, вентиляторов и др.) и движением газов, жидкостей, транспорта. Шум и вибрация нарушают нормальную деятельность сердечно-сосудистой и нервной системы, пищеварительных и кроветворных органов, ухудшают слух, вызывают тугоухость. Вибрация вызывает онемение конечностей, заболевание суставов. Уровень громкости звука L при его звуковом давлении Р оценивают в логарифмической шкале, в белах (Б), точнее в 10 раз больше – в децибелах (дБ): L = 10 lg (P / Po)2 = 20 lg (P / Po).

(2.3)

Здесь Ро – давление звука на пороге слышимости, Ро = 2⋅10–5 Па. Примеры уровней громкости звука (дБ): шепот – 10; тихий сад – 20; шаги, тихая музыка – 40; разговор – 60; громкая речь – 70; салон самолета – 80; гудок автомобиля, шум от транспорта – 85; отбойный молоток – 110; гром – 120; болевой порог – 120…130. Шум более 140…150 дБ разрывает барабанные перепонки. Гигиенический предел громкости – шум 70 дБ с частотой 1000 Гц. Оптимальный (комфортный) уровень громкости звука – 30–40 дБ. Методы снижения шума и вибрации: в домах и на рабочих местах – замена шумящих и вибрирующих устройств бесшумными или малошумящими, невибрирующими; их изоляция средствами звуко- и виброизоляции, звуко- и вибропоглощения; использование средств индивидуальной защиты; вне помещений – создание малошумящей техники (самолетов, наземного транспорта), увеличение расстояния источника шума от жилых построек и мест пребывания скопления людей, устройство шумозащитных полос озеленения.

58

Электромагнитное излучение. Источниками электромагнитного излучения служат ЛЭП, радио- и телестанции, средства радиолокации и радиосвязи, компьютеры, сотовые телефоны, энергоемкие установки. Длительное воздействие высоковольтного электромагнитного поля промышленной частоты (50 Гц) и полей радиочастот (106–1012 Гц) на организм человека приводит к нарушениям нервной и сердечно-сосудистой системы. Признаки этого нарушения: головная боль, головокружение, потемнение в глазах, боли в области сердца, увеличение давления крови, частоты пульса, повышение утомляемости, сонливость, снижение и потеря памяти, появление чувства тревоги, страха. Возможны раковые заболевания и др. Основной вид защиты людей от воздействия электрического поля частотой 50 Гц – ограничение времени их пребывания в рабочей зоне. По ГОСТ 12.1.002-84 это время составляет: при напряженности электрического поля до 5 кВ/м – рабочий день, при 5–20 кВ/м – по формуле (часы): Т = [(50/Е) – 2] (Е – в кВ/м), при 20–25 кВ/м – не более 10 мин. При напряженности поля более 25 кВ/м обязательно применение экранов и экранирующей одежды. Внутри жилых помещений напряженность электрического поля дол-жна быть не более 0,5 кВ/м, на территории жилой застройки – до 1 кВ/м. Радиочастоты подразделяют на три диапазона: высокие частоты (ВЧ) – от 0,06 до 30 МГц, ультравысокие (УВЧ) – от 30 до 300 МГц, сверхвысокие (СВЧ) – от 0,3 до 30 ГГц. Согласно ГОСТ 12.1.006-84 допустимая в течение рабочего дня напряженность электрического поля уменьшается с 50 В/м для частот 0,06…3 МГц до 5 В/м – для частот 50…300 МГц. Нормативное значение энергетической нагрузки СВЧ за рабочий день равно 2 Вт⋅ч/м2. Для территорий жилой застройки установлены следующие предельно допустимые значения электромагнитной энергии: длинные радиоволны (0,03–0,3 МГц) – 20 Вт/м; средние волны (0,3–3 МГц) – 10 Вт/м; короткие волны (3–30 МГц) – 4 Вт/м; УВЧ – 2 Вт/м; СВЧ – 5 мкВт/см2. Защита персонала от воздействия радиоволн при превышении допустимых норм: экранирование источника излучения и рабочего места, увеличение расстояния, рациональное размещение оборудования, применение средств предупреждения и индивидуальной защиты. Передающие радиоцентры, телецентры, радиоло-

59

каторы при мощности передатчиков 100 кВт и более размещают вне населенных пунктов с обустройством санитарно-защитных зон с шириной не менее 1 км, а для коротковолновых станций мощностью 25–100 кВт – шириной 0,4–2,5 км, свыше 100 кВт – более 2,5 км. 2.4.7. Радиоактивное загрязнение Ионизирующее – обычно это радиоактивное излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрически заряженных частиц. Различают два вида ионизирующего излучения: корпускулярное – поток частиц с массой покоя, отличной от нуля (α-частицы, β-лучи (электроны), нейтронное (n) и протонное (р) излучение); фотонное – поток электромагнитных колебаний (рентгеновские и γ-лучи). Источники облучения. Люди подвергаются внешнему и внутреннему облучению ионизирующим излучением природных и искусственных источников. К природным источникам относятся космическое излучение и природные радионуклиды, содержащиеся в природной среде и поступающие в организм человека с воздухом, водой и пищей. Искусственные источники излучения, производимые атомной промышленностью, АЭС, разделяются на техногенные (искусственные или сконцентрированные человеком природные радионуклиды, генераторы ионизирующего излучения) и медицинские (диагностические и радиотерапевтические). Характеристики излучения. Ионизирующая способность излучения – это число пар ионов, создаваемых излучением в единице объема, массы среды или на единицу пути. Она наиболее велика у α-частиц. В биологической ткани α-частицы с энергией 2 МэВ создают на 1 мкм пути более 7000 пар ионов, протоны – около 500 пар ионов, электроны – около 8 пар. Проникающая способность излучения – это путь, пройденный частицей в веществе до ее полной остановки. Пробег сильно зависит от вида излучения, его энергии и от свойств поглощающего вещества, особенно от его плотности. Так, пробег α-частиц с энергией 5–9 МэВ в воздухе составляет 35–90 мм, в биологической ткани – 0,04–0,10 мм. Для β-лучей с энергией 1–3 МэВ длина пробега в воздухе составляет метры и десятки метров. Фотонные излучения обладают большой проникающей способностью, в воздухе – многие тысячи метров. Для практических расчетов используется тол-

60

щина половинного ослабления γ-излучения, т.е. толщина защиты, которая уменьшает излучение в два раза. Для свинца она равна около 2 см, стали – 3, бетона – 10, дерева – 30 см. Единицы ионизирующего излучения В СИ за единицу активности принимается беккерель (Бк). Он равен активности радионуклида в источнике ионизирующего излучения, в котором за 1 с происходит один акт распада. Прежняя единица кюри (Ки) – активность 1 г радия, равная 37 млрд распадов в 1 с. 1 Ки = 37 млрд Бк. Дозы поглощения излучения. Поглощенная доза излучения D – средняя энергия излучения ∆Е, переданного массе ∆m облучаемого вещества: D = ∆ Е/∆m. Ее единица измерения: 1 грей (Гй) = 1 Дж/кг. Повреждения биологической ткани зависят от вида облучаемой ткани и от линейной плотности ионизирующего излучения. Для γ-излучения она мала (принята равной 1), для α-излучения большая (20). Поэтому было введено понятие эквивалентной дозы. Эквивалентная доза HT,R – поглощенная доза в ткани, умноженная на взвешенный коэффициент WR для данного излучения R: HT,R = WRDT,R,

(2.4)

где DT,R – средняя поглощенная доза в органе или ткани T. Единица измерения эквивалентной дозы – Зиверт (Зв), равный Дж/кг: 1 Зв = 1 Дж/кг = 100 бэр. Бэр – биологический эквивалент рентгена. Взвешенные коэффициенты WR для отдельных видов излучения: ƒ ƒ ƒ ƒ

фотоны, электроны и мюоны любых энергий протоны, кроме протонов отдачи, энергией более 2 МэВ нейтроны энергией менее 10 кэВ и более 20 МэВ от 10 до 100 кэВ и от 2 до 20 МэВ от 100 кэВ до 2 МэВ альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра

1 5 5 10 20 20

Эффективная доза Е – величина, которая используется как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов. Она представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органе HT,R на взвешивающий коэффициент WT для данного органа или ткани и время облучения τ :

61

E = Σ WT ⋅ HT,R⋅τ.

(2.5)

На практике за единицу времени могут приниматься час, сутки, год. Когда τ не определено, то его принимают равным 50 годам для взрослых и 70 годам для детей. Взвешивающие коэффициенты WТ для тканей и органов: ƒ гонады ƒ костный мозг (красный), толстый кишечник (сигмовидная, прямая, нисходящая часть ободочной кишки), легкие, желудок ƒ печень, пищевод, мочевой пузырь, щитовидная железа ƒ кожа, клетки костных поверхностей ƒ остальное: головной мозг, мышечная ткань, селезенка, почки, надпочечники, поджелудочная и вилочковая железа, матка, тонкий и верхний отдел толстого кишечника

0,20 0,12 0,05 0,01 0,05

Биологическое действие ионизирующих излучений. Причин воздействия облучения на живые организмы две: разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений при ионизации живой ткани, что приводит к гибели клеток; радиолиз воды, составляющей около 70% массы ткани, с образованием свободных радикалов Н* и ОН*, а также сильного окислителя – пероксида водорода Н2О2. Продукты радиолиза весьма активны. Они вступают в химические реакции с молекулами тканей и, образуя новые соединения, разрушают клетки. Изменение состава отдельных молекул клетки и ее гибель выводит из строя многие сотни и тысячи других молекул погибшей клетки, хотя их излучение не коснулось. В этой огромной, многократной поражающей способности состоит особенность воздействия ионизирующего излучения на биологические объекты. Радиоактивные нуклиды, попавшие в организм с воздухом, пищей, через кожный покров, вызывают изменения в крови, поражают печень, селезенку, щитовидную железу. Накапливаясь в костной ткани, они приводят к ее перерождению, суставным изменениям и атрофии фалангов. Результат их действия на органы дыхания – бронхопневмония, рак легкого и бронхов. При воздействии на кожу начинается зуд и жжение, затем выпадение волос, изъязвление, мокнущие язвы и в итоге – кожный рак. Последствиями облучения являются лейкемия, злокачественные опухоли, лучевая катаракта, генетические нарушения (уродство, мертворождения), ускорение старения. Радиоактивные примеси влияют не только на че-

62

ловека, но и на растительный и животный мир. Распространяясь по пищевой цепи от растений к животным, радиоактивные вещества с продуктами питания поступают в организм и могут накапливаться в таком количестве, которое способно нанести вред человеку или иному живому организму. Из радионуклидов, попадающих в организм при дыхании и с пищей, наиболее опасны весьма активные и долго живущие 90Sr и 137Сs. Стронций, замещая кальций, накапливается в костях, а цезий накапливается в мускулах, замещая калий. Острая лучевая болезнь возникает при воздействии на человека больших доз облучения за короткий промежуток времени. Она имеет три стадии. Первая: доза облучения 1–2 Зв; исключение облучения и лечение позволяют полностью восстановить здоровье. Вторая: доза облучения 2–3 Зв; сильные боли в области сердца, живота, тошнота, кровотечения из носа, десен; срок лечения 1,5–2 месяца. Третья: облучение дозой 3–5 Зв через 3–7 часов приводит к необратимым изменениям в организме и даже к смерти. Доза более 5 Зв – смертельна. Нормы радиоактивной безопасности. В России НРБ-96 установлены две категории облучаемых лиц: персонал – лица, постоянно работающие с техногенными источниками ионизирующего излучения (группа А) или по условиям работы находящиеся в сфере их воздействия (группа Б); все население, включая персонал вне сферы и условий их работы. Для этих категорий определены разные основные дозовые пределы (см. табл. 2.2). Таблица 2.2 Основные дозовые пределы Нормируемые величины Эффективная доза За период в 5 лет За отдельный год Эквивалентная доза За год в хрусталике, коже, кистях и стопах

Дозовые пределы Персонал* Население В среднем 20 мЗв в год Не более 50 мЗв

В среднем 1 мЗв в год Не более 5 мЗв

150 мЗв 500 мЗв 500 мЗв

15 мЗв 50 мЗв 50 мЗв

*Нормы для группы А. Для группы Б они в четыре раза меньше. Защита от облучения. Снижение облучения населения природными источниками достигается путем установления системы

63

ограничений на облучение населения от отдельных природных источников. Так, в эксплуатируемых зданиях объемная среднегодовая эквивалентная равновесная активность изотопов радона в воздухе жилых помещений должна быть не более 200 Бк/м3. Эффективная удельная активность естественных радионуклидов в строительных материалах (песок, цемент, шлаки и др.) не должна превышать при строительстве: зданий – 370 Бк/кг; дорог в населенных пунктах и производственных сооружений – 740 Бк/кг; дорог вне населенных пунктов – 2,8 кБк/кг. В фосфорных удобрениях и мелиорантах она должна быть не более 2,8 кБк/кг. Эффективная доза за счет естественных радионуклидов в питьевой воде не должна превышать 0,2 мЗв/год. Средства коллективной защиты от излучений. Технические требования к ним установлены ГОСТ 12.4.120-83, а санитарные правила – ОСП-72/80. От потока нейтронов защищают устройства из легких материалов: полиэтилена, парафина, воды, от β-излучения – конструкции из стекла, плексигласа, алюминия, от γ-облучения – толстые слои стекла, стали, свинца. Толщина защиты или безопасного расстояния до источника ионизирующего излучения определяется по особым формулам и номограммам. Средства индивидуальной защиты. При работах I класса – это обязательный переход работающих через санпропускник с полным переодеванием, а после работы – душ, дозиметрический контроль и полное переодевание. На время работы всем выдается личный дозиметр типа ДКП-50-А, а для защиты от радиоактивной пыли – респиратор и в случаях возможного загрязнения рук – перчатки. При ликвидации аварий, ремонтных работ применяют изолирующие пневмокостюмы или костюмы с автономным питанием. Контрольные вопросы 1. Чем обусловлены этапы заметного негативного воздействия человека на природу? 2. Почему в ХХ в. воздействие человека на природу росло все более быстрыми темпами? 3. Как классифицируются ресурсы биосферы, их виды? 4. Каковы ресурсы атмосферы и гидросферы? Как вода распределяется в биосфере? 5. Каковы ресурсы суши: лесов, лугов, пашен, иных земель в мире, в России?

64

ПДК?

6. Что такое полезные ископаемые? Какова их классификация? 7. Каковы запасы ископаемого топлива? Когда они закончатся? 8. Каковы ресурсы фитоценозов в мире, в России? 9. Что такое почва? Ее свойства, образование, состав. Виды почв. 10. Каковы ресурсы биомассы на Земле? 11. Каковы ресурсы растительности? Причины их ограничения. 12. Каковы лесные ресурсы мира, России? Их значение для биосферы. 13. Каковы ресурсы животного мира? Их значение для биосферы. 14. Как человек воздействует на ресурсы атмосферы, гидросферы? 15. Куда, в каких объемах и как расходуется пресная вода? 16. Как человек воздействует на ресурсы полезных ископаемых? 17. Что такое эрозия и дефляция почвы? Каковы их объемы? 18. Каковы причины негативного воздействия человека на почвы? 19. Каковы размеры воздействия человека на флору и фауну? 20. Каковы причины сокращения ареала лесов, генофонда флоры. 21. Каковы причины сокращения численности фауны и ее генофонда? 22. Каковы основные источники и виды загрязнений природной среды? 23. Какие загрязнения наиболее опасны для биосферы? Что такое

24. Каковы основные примеси, загрязняющие воздух? Их массы? Каковы источники этих примесей? Что такое проблема озона? 25. Как загрязнения атмосферы воздействуют на человека, фауну и флору? 26. Каковы источники загрязнения гидросферы? Чем и как загрязняются моря, реки и водоемы материков? 27. Как загрязнения гидросферы влияют на человека, флору и фауну? 28. Каковы источники загрязнения биолитосферы? Их виды. 29. Что такое пестициды? Их виды и назначение. Почему они опасны? 30. Каковы виды биологических загрязнений? Источники болезнетворных загрязнений. 31. Как биологические загрязнения воздействуют на человека, фауну и флору? 32. Виды энергетического загрязнения и их вредное воздействие. 33. Виды ионизирующего излучения и их воздействие на человека.

65

3. ОРГАНИЗАЦИЯ ОХРАНЫ БИОСФЕРЫ 3.1. Природоохранные организации 3.1.1. Международные природоохранные организации

Генеральная Ассамблея ООН (Организация Объединенных Наций). Ей принадлежит главная роль в организации международного экологического сотрудничества. Она определяет основные направления экологической политики международного сообщества. ЮНЕП – Программа ООН по экологии. Это специализированное учреждение ООН, которое занимается вопросами охраны биосферы. Оно создано Генеральной Ассамблеей ООН 15 декабря 1972 г. по рекомендации Стокгольмской конференции. ЮНЕП имеет Совет управляющих из представителей государств, Совет по координации охраны биосферы, экологический Фонд. Совет управляющих определил следующие семь основных направлений в области экологии: 1) населенные пункты, здоровье человека, санитария природной среды; 2) охрана земель, вод, предотвращение опустынивания; 3) океаны; 4) охрана природы, диких животных, генетических ресурсов; 5) энергия; 6) образование, профессиональная подготовка; 7) торговля, экономика, технология. ЭКОСОС – экономический и социальный Совет ООН. Он решает вопросы финансирования. ЮНЕСКО – организация ООН по культуре, науке и образованию. Образована в 1948 г. со штаб-квартирой в Париже. Она осуществляет: а) руководство экологическими программами «Человек и биосфера» (МАВ – Man and Biosphera), Международной программой по экологическому образованию, Международной гидрологической программой и др.; б) учет и организацию охраны природных объектов, отнесенных к всемирному наследию; в) оказание помощи странам в развитии экологического образования, подготовке экологов. Под эгидой ЮНЕСКО в Алтайском государственном техническом университете открыта Международная кафедра ЮНЕСКО «Экологическое образование в Сибири». МАГАТЭ – Международное агентство по атомной энергии было образовано в 1957 г. Оно разрабатывает Правила строительства и эксплуатации атомных электростанций, проводит экспертизу проектируемых и действующих АЭС, дает оценку воздей-

66

ствию атомных материалов на природную среду, устанавливает нормы радиационной безопасности, проверяет их выполнение. МСОП – Международный союз охраны природы и природных ресурсов. Он учрежден в 1948 г. Это неправительственная организация из представителей более 100 стран. От Российской Федерации членом МСОП являются Министерство сельского хозяйства и Всероссийское общество охраны природы. Основные задачи союза: а) сохранение естественных экосистем, флоры и фауны; б) сохранение редких и исчезающих видов растений и животных, памятников природы; в) организация заповедников, резерватов, национальных природных парков; г) экологическое просвещение. По инициативе МСОП ведется Красная книга редких и исчезающих видов растений и животных, разработана программа «Всемирная стратегия охраны природы». ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения. Она образована в 1946 г. ВОЗ изучает проблемы оздоровления городов, организации отдыха и санаторно-курортного лечения граждан, участвует в международных программах по улучшению санитарногигиенических условий жизни человека. Она осуществляет санитарно-эпидемиологический мониторинг среды обитания человека, обобщает данные о заболеваемости людей в зависимости от состояния среды, проводит санитарно-гигиеническую экспертизу природной среды и дает оценку ее качества. В своей деятельности ВОЗ взаимодействует с ЮНЕП, МАГАТЭ, ВМО и другими экологическими организациями. ФАО – Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН. Образована в 1945 г. Сфера ее деятельности – сельское хозяйство и мировые продовольственные ресурсы. Она занимается экологическими проблемами в сельском хозяйстве: охраной и использованием земель, водных ресурсов, лесов, животного мира, биологических ресурсов Мирового океана. ФАО подготовила почвенную карту мира, благодаря ей принята Всемирная почвенная хартия, проведены международные конференции по народонаселению, продовольствию, по борьбе с опустыниванием земель, охране водных ресурсов. ФАО участвует в разработке многих экологических программ, активно сотрудничает с ЮНЕП, ЮНЕСКО, МСОП. ГСМОС – глобальная система мониторинга окружающей среды. Работу системы координирует ЮНЕП. ГСМОС осуществ-

67

ляет пять программ: мониторинг состояния атмосферы, перенос загрязняющих веществ на большие расстояния, здоровье человека, Мировой океан, возобновляемые ресурсы суши. В ГСМОС входят ВМО, ВОЗ, ФАО, ЮНЕСКО. ВМО – Всемирная метеорологическая организация ООН. Создана в 1947 г. Она изучает и обобщает степень воздействия человека на погоду и климат планеты в целом и по отдельным регионам. ВМО действует в рамках ГСМОС – глобальной системы мониторинга окружающей среды ИМО – Международная морская организация. Она разрабатывает и с ней согласовывают основные принципы международной политики по защите морской среды. ИМО принимает участие в разработке международных конвенций по борьбе с загрязнением моря нефтью и другими вредными веществами. В состав ИМО входит Комитет защиты морской среды. 3.1.2. Специализированные международные природоохранные структуры

ЕЭК ООН – Европейская экономическая комиссия ООН. Это региональная комиссия ЭКОСОС – экономического и социального совета ООН. Приоритетными экологическими проблемами ЕЭК является внедрение малоотходных и безотходных технологий, оценка воздействия на природную среду, охрана экосистем, животного мира суши, борьба с трансграничным загрязнением и т.д. Ею издан сборник «Компедиум по безотходной технологии», который содержит конкретные описания различных технологических малоотходных процессов. ЮНДРО – Бюро ООН по оказанию помощи на случай стихийных бедствий. Бюро собирает и обрабатывает информацию о стихийных бедствиях, разрабатывает меры по предотвращению нанесенного ущерба. Оно организует и координирует оказание помощи государствам и организациям стран, которых постигло стихийное бедствие. МРПТХВ – Международный регистр потенциально токсичных химических веществ. Он создан как часть ЮНЕП. Его задача – изучение и распространение информации о токсичных химических веществах, включая инсектициды и гербициды, и их воздействии на человека и природную среду. В базе данных МРПТХВ содержится информация о более чем 600 химических

68

веществах, распространенных во всем мире. Это число продолжает расти. ИНФОТЕРРА – Международная справочная система источников экологической информации. МБИВ – Международное бюро по исследованию водоплавающих птиц. МСООД – Международный совет по охоте и охране дичи. ЭСКАТО – Экологическая и социальная комиссия Азии и Тихого океана. 3.1.3. Международные экологические движения

ВФОП – Всемирный фонд охраны природы создан в 1962 г. Это самая многочисленная частная международная экологическая организация, объединяющая около 3 млн чел. Основные направления его деятельности – просвещение населения и создание фондов по охране природной среды и исчезающих видов животных. ВФОП за время своего существования вложил более 130 млн долларов в реализацию около 5 тысяч проектов в 130 странах мира. В США начало экологического движения определяют 1962 г. – с момента выхода книги Рэчела Карлсона «Безмолвная весна». Большое влияние на экологическое сознание общественности США оказали работы Б. Коммонера (начало 70-х гг.) «Замыкающийся круг», «Технология прибыли» и др., Д. Медоуза – «Пределы роста» (1972 г.), других ученых. Американский эколог Денис Хейз 20 апреля 1970 г. организовал проведение в своей стране Дня Земли. Практически все города США, почти 10000 школ, 2000 колледжей и университетов приняли участие в акции по защите природы нашей планеты. Через 20 лет, в 1990 г., в проведении Дня Земли участвовали уже 0,5 млрд чел. в 131 стране мира. Римский клуб. Основан в 1968 г. итальянским экономистом Аурелио Печчеи. Клуб объединяет около 100 промышленников, деятелей науки, политических деятелей из 25 стран. Он наиболее известен среди неправительственных организаций. Его члены исследует глобальные кризисные процессы и ищут выходы из них независимо от интересов отдельных государств. Примеры исследований членами клуба моделей мирового развития: 1) Дж. Форрестер. «Мир II» – первая комплексная модель мирового развития; 2) Д. Медоуз. «Пределы роста» (1972 г.) – о

69

глобальной экологической катастрофе в начале XXI в., «Новые границы роста» (1992 г.) – в работе утверждается, что возможности устойчивого экологического развития зависят от демографического и экономического роста; 3) А. Печчеи. «Человеческие качества» (1977 г.) – для человечества не может быть спасения до тех пор, пока народ сам не изменит к лучшему свои качества, нравы, поведение; 4) А. Кинг и Б. Шнайдер. «Первая глобальная революция» (1991 г.) – о четырех наиболее неотложных проблемах человечества: демографической, экологической, продовольственной и энергетической; 5) С. Хантингтон. «Столкновение цивилизаций» (1994 г.) – утверждается, что будущие мировые конфликты могут определяться не экономикой или идеологией, а сферой культуры, противоречиями цивилизаций. «Зеленые». Конкретную дату и место возникновения «зеленого» движения назвать трудно. Считать зеленый цвет всемирным символом природы и всего живого впервые в 1971 г. предложил выходец из России, гражданин Франции Г.А. Красовский. Это позволило под одним, «зеленым», знаменем объединить раздробленные экологические группы, партии, союзы в одно мощное движение. Наиболее широко движение «зеленых» развито в странах Западной Европы (Германия, Англия, Швеция, Бельгия). В 1980 г. «экологисты» Германии объявили себя партией и уже через три года на парламентских выборах получили около 8% голосов избирателей. В 1984 г. координационная группа «зеленых», объединившая политические партии из Австрии, Бельгии, Великобритании, Ирландии, Нидерландов, Франции и Швеции, при выборах в Европейский парламент провела в его состав 11 представителей экологических партий. В 1989 г. эта группа завоевала в Европейском парламенте уже 38 мест. Принципы деятельности партии: солидарность с природой, с грядущими поколениями, со странами третьего мира; помощь тем, кому трудно, кто бедствует. Гринпис (Green Peace) – международная неправительственная организация. Создана в 1971 г. в Канаде. Гринпис имеет 35 представителей в 22 странах, штат из 400 постоянных сотрудников, 7 кораблей, базы в Антарктиде, около 3 млн сторонников во всем мире. В этой организации хорошо поставлена пропагандистская и рекламная деятельность, бескомпромиссная, экологически напористая, конкретная работа ее активистов. Акции и компании Гринпис обеспечили: прекращение испытаний ядерного оружия Францией в

70

Тихом океане, запрет ЕЭС на импорт шкур морских котиков и изделий из них, введение моратория на коммерческую добычу китов, запрет захоронения ядерных отходов на дне Мирового океана, запрет для стран Европы сбрасывания токсичных отходов в океан и др. Гринпис является полноправным членом или официальным наблюдателем в ряде международных конвенций по охране окружающей среды. В 1988 г. за большие достижения в природоохранной деятельности Гринпис был удостоен премии ЮНЭП «Глобал-500». 3.1.4. Природоохранные организации РФ Государственные природоохранные органы РФ

Государственное управление охраной природной среды осуществляют не только органы общего управления, но и специализированные природоохранные органы как на федеральном, так и на региональном и местном уровнях. Органы общего управления осуществляют природоохранную деятельность наряду с решением других задач, отнесенных к их компетенции. Специализированные природоохранные органы решают задачи только в сфере взаимодействия общества и природы. Поскольку компетенция этих органов по специальным вопросам охраны природы распространяется на все отрасли народного хозяйства и сферы деятельности, их называют межотраслевыми или надведомственными органами. Федеральные органы общего управления: Президент России, Федеральное Собрание РФ (Совет Федерации и Государственная дума), Правительство России. Президент РФ, согласно Конституции РФ, осуществляет следующую природоохранную деятельность: определяет основные направления внутренней и внешней экологической политики государства; организует систему центральных органов исполнительной власти России; обеспечивает согласованное функционирование и взаимодействие органов государственной власти в области охраны природной среды; гарантирует соблюдения прав граждан в области природопользования и охраны природной среды. Государственная дума РФ. Законодательную власть в области охраны природы преимущественно осуществляет Государственная дума РФ, в состав которой входят Комитет по экологии и Комитет по природопользованию и сырьевым ресурсам. Эти

71

комитеты разрабатывают и осуществляют государственную политику в области экологии, природопользования и использования сырьевых ресурсов и природоохранной деятельности страны. При Комитете по экологии создан Высший экологический совет, задачами которого являются проведение экспертно-аналитических работ по разработке экологических прогнозов; консультативная помощь и экологическая экспертиза законопроектов, указов и постановлений, вносимых на рассмотрение Госдумы РФ, и экологоэкономическая экспертиза крупных природопреобразующих проектов; подготовка материалов для международных договоров и других документов по вопросам экологии и рационального использования природных ресурсов. Отдел природопользования и защиты окружающей среды при Правительстве Российской Федерации принимает участие в подготовке проектов указов, законов, решений Президента и Правительства Российской Федерации, других нормативных документов, комплексных программ по охране окружающей среды, использованию природных ресурсов и обеспечению экологической безопасности. Кроме сектора экологии и охраны природы, в этот отдел входят секторы геологии и использования недр, лесного хозяйства, экологической безопасности. К функциям отдела относятся и международные проблемы, связанные с размещением и развитием производительных сил; комплексная эколого-социально-экономическая экспертиза проектов, программ и загрязненных территорий в целях принятия обоснованных правительственных решений и т.д. Правительство РФ осуществляет исполнительную власть в области охраны природы, обеспечивая проведение в РФ единой государственной политики в области экологии, управляя федеральной собственностью на природные ресурсы, проводя меры по обеспечению законности и соблюдению экологических прав граждан. В соответствии со ст. 6 Закона «Об охране окружающей природной среды» Правительство Российской Федерации: ƒ координирует природоохранную деятельность министерств, ведомств и других организаций на территории РФ; ƒ обеспечивает разработку и реализацию государственных экологических программ, обеспечивает население необходимой экологической информацией; ƒ осуществляет руководство внешними связями РФ в области охраны природы;

72

ƒ организует подготовку и распространение ежегодного доклада о состоянии природной среды в России, систему всеобщего непрерывного экологического воспитания и образования; ƒ принимает решения о прекращении деятельности организаций независимо от форм собственности и подчинения в случае нарушения ими природоохранительного законодательства; ƒ устанавливает порядок: образования и использования федерального внебюджетного экологического фонда; разработки и утверждения экологических нормативов выбросов и сбросов загрязняющих веществ в природную среду, лимитов использования природных ресурсов, размещения отходов; определения платы и ее предельных размеров за пользование природными ресурсами, загрязнение природной среды, размещение отходов, другие виды вредного воздействия. Специализированные природоохранные органы

Министерство природных ресурсов РФ и Госкомэкология – основные исполнительные государственные органы, претворяющие в жизнь конституционные принципы и законодательные акты в области охраны природы. Министерство природных ресурсов РФ осуществляет управление Государственным фондом недр, государственное регулирование и межотраслевую координацию по вопросам геологического изучения и рационального использования недр, а также государственный контроль рационального использования и охраны недр. Госкомэкология РФ – Государственный комитет РФ по охране природной среды – это надведомственный природоохранный орган. Он и его территориальные органы являются специально уполномоченными органами России в области охраны природной среды. В пределах своей компетенции они координируют деятельность органов, осуществляющих природоохранные функции в соответствующих сферах управления Министерства природных ресурсов РФ, Роскомвода, Рослесхоза, Госгидромета, Роскомрыболовства, Федеральной службы геодезии и картографии России, а также других министерств и ведомств. Госгортехнадзор РФ – Федеральный горный и промышленный надзор России. Он осуществляет государственное регулирование промышленной безопасности и организует надзор за соблюдением требований по безопасному ведению работ в промыш-

73

ленности центральными органами исполнительной федеральной власти, предприятиями, организациями, должностными лицами и гражданами; осуществляет горный надзор в целях обеспечения законодательства России по безопасному ведению работ всеми пользователями недр, по предупреждению и устранению их вредного влияния на население, природную среду, объекты народного хозяйства, а также по охране недр. Госгидромет РФ – Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Она несет ответственность за организацию и деятельность системы наблюдения и контроля за состоянием природной среды. Госкомсанэпиднадзор РФ – Государственный комитет санитарно-эпидемиологического надзора России. Он осуществляет государственное нормативное регулирование, а также специальные, контрольные и разрешительные функции в области обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения России: санитарно-гигиеническое нормирование, совершенствование правового регулирования вопросов охраны здоровья населения в связи с воздействием на человека неблагоприятных факторов среды его обитания и условий жизнедеятельности. Госатомнадзор РФ – Федеральный надзор за ядерной и радиационной безопасностью. Он контролирует соблюдение норм охраны природной среды и радиационной безопасности на предприятиях, использующих радиоактивные материалы. Ряд задач по охране природы возложен на министерства и комитеты. Минсельхозпрод РФ – Министерство сельского хозяйства и продовольствия России и Роскомзем РФ – Комитет по земельным ресурсам и землеустройству РФ осуществляют контроль за правильным применением в сельском хозяйстве минеральных удобрений и пестицидов, внедрением интегрированных методов и особенно биологических средств борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных растений и животных. Роскомвод РФ – Комитет РФ по водному хозяйству, ведет управление водными ресурсами, контроль разумного их использования и мероприятий по охране водоемов от загрязнения. Рослесхоз РФ – Федеральная служба лесного хозяйства России контролирует работу по рациональному использованию лесных ресурсов, разрабатывает и реализует государственную про-

74

грамму лесовосстановления, осуществляет комплекс мер по улучшению противопожарной защиты лесов. Роскомрыболовство РФ – Комитет по рыболовству осуществляет охрану и воспроизводство рыбных запасов, регулирование рыболовства, предотвращение загрязнения и заиления водоемов. Минздравмедпром РФ – Министерство здравоохранения и медицинской промышленности России ведет надзор за санитарным состоянием природной среды, контроль за выполнением мероприятий, направленных на ликвидацию и предупреждение загрязнений, оздоровление условий труда, быта и отдыха населения. Правительственная комиссия по окружающей среде и природопользованию – постоянно действующий орган, осуществляющий координацию деятельности центральных органов исполнительной федеральной власти, органов государственного управления субъектов Российской Федерации по совместному проведению природоохранных мероприятий и реализации крупных экологических программ федерального и международного значения, а также по рациональному природопользованию. Ее возглавляет заместитель председателя Правительства РФ. Госкомэкологии регионов – государственные комитеты регионов по охране природной среды – основные звенья в системе Госкомэкологии России. Это главные центры области (республики, края), анализирующие и координирующие природоохранную работу в регионе. Они имеют в своем составе следующие основные подразделения: экономического регулирования природопользования; экологической экспертизы, организации государственного экологического контроля; организации ведения кадастров; аналитические лаборатории. В городах и районах создаются самостоятельные городские и районные комитеты по охране природы, функции которых устанавливаются по соглашению местных органов управления с Госкомэкологией региона. В ряде регионов созданы межрайонные инспекции, выполняющие функции экологического контроля в нескольких районах. Руководитель Госкомэкологии региона возглавляет Координационный экологический Совет, который координирует деятельность всех природоохранных и других контролирующих органов региона. Органы местного самоуправления в области охраны природной среды решают задачи: владения, пользования и распоряже-

75

ния природными ресурсами, находящимися в муниципальной собственности; обеспечения санитарного благополучия населения; регулирования планировки и застройки, благоустройства и озеленения территории; контроля использования земель на территории муниципального образования, их экологической охраны. Общественные природоохранные организации

Общественные экологические организации образованы во всех регионах России. Они характеризуются разнообразием природоохранных формирований, различающихся как организационными принципами (общества, союзы, ассоциации, фонды, комитеты), так и направлением деятельности – экологическое, социальноэкологическое, эколого-культурное. В настоящее время в России действуют около 1000 неправительственных экологических организаций различного уровня. В основном преобладают небольшие по численности объединения областного, районного и городского уровней, созданные, как правило, для решения конкретных локальных проблем: фонд защиты Байкала; общественный комитет спасения Волги; экологический центр Ростова-на-Дону; дружина «Служба охраны природы» (Казань); экологическая группа «Родник» (Зеленоград); клуб «Экология» (Волгоград); ассоциация «Экология и мир» (Вознесенск); Союз «Чернобыль» и др. Появились объединения отдельных формирований во всероссийские организации: Социально-экологический союз, Экологический союз, Всероссийское общество защиты животных и др. Гринпис официально открыл свое представительство в России 30 июня 1990 г. ВООП – Всероссийское общество охраны природы. Это самая массовая организация по охране природы в России. Первичные организации ВООП создаются на фабриках, заводах, шахтах, в колхозах, совхозах, высших и средних учебных заведениях, школах. Они объединяются в городские, районные, областные, краевые и республиканские отделения. Верховный орган общества охраны природы – съезд, созываемый обычно раз в 4 года. Он избирает Центральный совет, который выбирает президиум. При президиуме общества организованы секции леса, озеленения, охраны птиц, рыб, вод, недр и т.д., которые ведут научно-методическую работу по каждому из указанных направлений деятельности. Комплексные проблемы рассматривает научно-технический совет общества. Аналогичные подразделения имеются в областных и краевых отделениях.

76

ВООП, его подразделения в республиках, краях и областях Российской Федерации, а также экологические общественные объединения, включающие более 500 организаций, групп, решают, дополняя друг друга, важные природоохранные задачи: борьба против сооружения АЭС и ГЭС в различных регионах, против строительства скоростной железнодорожной трассы Москва–СанктПетербург, Нижнеобской ГЭС и т.д. На местах возникают также общественные инспекции, в частности, молодежные – голубые и зеленые патрули. Первичные организации общества охраны природы занимаются посадкой деревьев вдоль дорог и каналов, облесением оврагов, проводят множество других мероприятий. Члены общества борются с расхитителями природных богатств и браконьерами. ФНПР – Федерация независимых профсоюзов России. ФНПР активно участвует в работе по законодательному закреплению прав профсоюзов в области охраны природной среды, постоянно контролирует и оказывает помощь предприятиям и организациям в выполнении обязательств, включенных в раздел «Охрана труда и экологическая безопасность» Генерального соглашения между общероссийскими объединениями профсоюзов и работодателей и Правительством РФ. Экологические и природоохранные общественные объединения в соответствии со ст. 13 Закона РФ «Об охране окружающей природной среды» имеют следующие права: ƒ разрабатывать, утверждать и пропагандировать свои экологические программы, защищать экологические права и интересы населения, развивать экологическую культуру населения, привлекать на добровольных началах граждан к активной природоохранной деятельности; ƒ требовать предоставления своевременной достоверной и полной информации о загрязнении природной среды, мерах ее охраны; ƒ создавать общественные фонды по охране природной среды и расходовать их на проведение экологических мероприятий; ƒ проводить общественную экологическую экспертизу, требовать в административном или судебном порядке отмены решений о размещении, строительстве, эксплуатации экологически вредных объектов, ограничении, приостановлении, прекращении или перепрофилировании их деятельности;

77

ƒ организовывать собрания, митинги, пикеты, шествия, демонстрации, петиции, сбор подписей, входить с предложениями о проведении обсуждения проектов, референдумов; ƒ требовать назначения государственной экологической экспертизы, выступать с изложением экологической платформы в средствах массовой информации; ƒ ставить вопрос о привлечении к ответственности виновных должностных лиц, предъявлять в суде или арбитражном суде иски о возмещении вреда здоровью и имуществу граждан, причиненного экологическими правонарушениями.

3.2. Мероприятия по охране биосферы 3.2.1. Виды природоохранных мероприятий

Охрана биосферы представляет совокупность различных природоохранных мероприятий. Кратко рассмотрим их основные виды. 1. Образовательные мероприятия. Население Земли в своем большинстве, включая грамотных и облеченных властью людей, слабо или вообще не осознает проблем экологии и не представляет угрозу стремительно надвигающегося экологического кризиса. Лишь тогда эта угроза может быть преодолена и на Земле восторжествует ноосфера, когда идеи разумного роста населения, образа жизни людей, рационального природопользования овладеют большинством населения, особенно лицами, имеющими политическую, экономическую и иную власть и влияние. Этого можно достичь лишь широкой, целенаправленной системой экологического образования людей в семье, школах, вузах, иных учебных заведениях, на курсах, через средства массовой информации, изданием книг по экологии, вовлечением людей, особенно молодежи, в общественные экологические организации, движения и т.д. 2. Политические мероприятия. Необходимы не декларативные и не рекомендательные, а директивные политические международные, государственные и региональные решения, направленные на разработку единообразной международной законодательной базы в области экологии, на создание единой системы мониторинга и управления охраной природной среды и природных ресурсов Земли, на разработку, обеспечение и осуществление экологических программ, на развитие общественного экологического

78

движения и т.п. Пока решительных продвижений в международном экологическом законодательстве нет. 3. Экономические мероприятия. Решение экологических проблем невозможно без разработки эффективной системы экономического стимулирования рационального природопользования, т.е. экономического поощрения за осуществление природоохранных мероприятий и жесткой экономической ответственности за нанесение вреда природной среде. Биотехнические мероприятия должны быть направлены прежде всего на сохранение генофонда живого мира, природных экосистем, особенно имеющих эндемы, а также на селекцию и введение в культуру более продуктивных представителей флоры и фауны. 4. Технологические мероприятия, т.е. способы предотвращения антропогенного загрязнения природной среды и неразумного использования природных сырьевых ресурсов. Основные мероприятия по снижению вредных выбросов в биосферу – это создание новой аппаратуры и новых малоотходных и безотходных технологий, замена особо вредных производств на мало вредные и безвредные, совершенствование технологий и оборудования для контроля, переработки и обезвреживания вредных веществ, загрязняющих биосферу. 3.2.2. Международные конференции по охране природы

Быстрый рост народонаселения и потребностей людей в их жизнеобеспечении, увеличивая все возрастающий антропогенный пресс на природные ресурсы, ведет к их истощению и ухудшению состояния природной среды, особенно в крупных городах, мегаполисах. Внимание многих людей привлек в 1972 г. вывод группы ученых во главе с Д. Медоузом о том, что если темпы прироста населения сохранятся в существующем виде, то к 2020 г. произойдет коллапс – резкое и быстрое ухудшение экологической обстановки, гибель значительной части населения Земли. Дополнительно общее беспокойство у всех людей Земли вызывают испытания ядерного оружия и возможность атомной войны. Заметным этапом в осознании человечеством серьезности экологических проблем стала Стокгольмская конференция ООН по природной среде, которая состоялась в июне 1972 г. На ней были приняты Декларация принципов (26 принципов) и План мероприятий, содержащий 109 пунктов. В них были изложены полити-

79

ческие, организационные и экономические вопросы охраны природной среды и взаимоотношений государств и международных организаций. По решению конференции был организован постоянно действующий орган ООН по охране природной среды – ЮНЕП (Программа ООН по экологии). На ней 5 июня было провозглашено Всемирным днем охраны природы. После этой конференции представления об охране природной среды изменились: от проблем непосредственного ущерба, наносимого благосостоянию людей, к пониманию природной среды как естественного капитала, от которого зависит удовлетворение человеком его потребностей. В соответствии с этим понятием пределом развития цивилизации считается истощение невоспроизводимых природных ресурсов, таких как нефть, уголь, металлы и т.п. Цели, области, формы и методы экологического сотрудничества государств были определены в пятом разделе Заключительного акта Совещания по безопасности и сотрудничеству в Европе, которое проходило в Хельсинки в августе 1975 г. В их развитие были приняты конвенции о трансграничном загрязнении атмосферного воздуха (1979 г.), о трансграничном воздействии промышленных аварий (1992 г.) и ряд других документов. На встрече представителей государств-участников СБСЕ в Вене (ноябрь 1986 г.) в Итоговом документе, в частности, были изложены рекомендации по уменьшению загрязнения среды. Для подведения двадцатилетних итогов Стокгольмской конференции в Рио-де-Жанейро в июне 1992 г. состоялась конференция ООН, которая была посвящена выработке стратегии устойчивого, экологически приемлемого экономического развития цивилизации. В конференции участвовали 15 тысяч делегатов, включая мировых лидеров и высоких должностных лиц из 179 стран мира. На ней с тревогой отмечалось, что, несмотря на вложения сотен миллиардов долларов в природоохранные мероприятия за прошедшие годы, продолжается рост ухудшений глобальных и региональных жизненных условий и деформации природной среды. В Декларации и Повестке дня на XXI век, принятых на конференции, были определены сущность и цели движения к устойчивому развитию, соотношение национальных и общечеловеческих интересов, роль государства, различных слоев населения и др. Используемый здесь термин «устойчивое развитие» обозначает

80

такую модель движения вперед, при которой достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения людей без лишения данной возможности будущих поколений. Дополнительно были приняты Заявление о принципах охраны и рационального использования лесов всех климатических зон, Конвенция по климату, Конвенция по охране биологического разнообразия. Для осуществления стратегии устойчивого развития делегаты конференции в Декларации сформулировали 27 принципов экологически корректного поведения мирового сообщества и государств. В кратком виде основные идеи декларации следующие. 1. Стратегия перехода на путь устойчивого развития заключается в уменьшении антропогенного пресса на биосферу всевозможными способами, начиная от перехода на эколого-безопасные технологии в производстве и всесторонней интенсификации и экологизации экономики и кончая проведением эффективной демографической политики во всех странах. Развитие должно реализовываться так, чтобы в равной мере обеспечить возможность удовлетворения жизненных основных потребностей нынешнего и будущих поколений при сохранении природной среды. 2. Человечество должно реализовать должную демографическую стратегию, приводящую численность населения и его деятельность в соответствие с фундаментальными законами природы и возможностями обеспечения устойчивости биосферы. 3. Сохранение природной среды должно составлять неотъемлемую часть процесса развития и не должно рассматриваться в отрыве от него. В ближайшие десятилетия увеличение антропогенного пресса на биосферу должно быть прекращено, а со второй половины XXI в. оно должно быть уменьшено до значений, приемлемых для устойчивого развития экосистем планеты. Превышение пределов их жизнеподдерживающей способности в процессе развития недопустимо. 4. Выживание цивилизации и ее дальнейшее сбалансированное развитие должно базироваться на приоритетах биологической стабилизации природной среды по сравнению с технологическими средствами. Экологическая безопасность и стабильность развития должны стать более приоритетными критериями прогресса, чем экономический рост и экономическая эффективность. 5. Каждый человек имеет право на здоровую и плодотворную жизнь в гармонии с природой в благоприятной для него природной

81

среде. Социально-экономическое развитие должно быть направлено на улучшение качества жизни людей. Необходимо искоренять нищету, имущественную несправедливость и неравенство уровней жизни людей, как в различных странах, так и внутри каждой страны. Необходимо сохранять все формы не только биоценозов, но и социоразнообразия, имея в виду коренное население, малые народы, этносы и т.д., их культуру, традиции. 6. Человечество должно обеспечить принцип устойчивого освоения природных ресурсов: уменьшение использования невозобновляемых ресурсов, неистощительное использование возобновляемых ресурсов, расширение использования вторичных ресурсов, утилизация и обезвреживание отходов; уменьшение и устранение нежизнеспособных в экономическом и опасных в экологическом планах моделей производства и потребления, экологически обоснованно размещать производительные силы. 7. Развивать дальнейшее международное сотрудничество в целях сохранения, защиты и восстановления целостности экосистемы Земли, оздоровления нарушенных экосистем и экологически неблагополучных регионов. Направить усилия на принятие государствами эффективных законов, защищающих природную среду и соответствующих международным соглашениям по переходу на модель устойчивого развитая. Сформировать новые принципы управления, в том числе государственного, в области охраны природы и природопользования, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. 8. Обеспечить свободный доступ к экологической информации, создать для этого необходимые базы данных, глобальные и национальные коммуникации. 9. Усилить взаимосвязи экономики и экологии, сформировать единую экономическую систему развития, обеспечивающую экологобезопасное хозяйствование. Ввести в глобальном масштабе принцип: «тот, кто загрязняет природную среду, тот и платит». 10. Экологизировать сознание и мировоззрение человека, радикально переориентировать системы воспитания, образования, морали, культуры, искусства, науки и техники на новые цивилизационные цели, выдвигая интеллектуально-духовные ценности на приоритетное место по отношению к материально-вещественным. Суммарную стоимость всех мероприятий, которые перечислены в Повестке дня на XXI век, авторы оценили более чем в 650 млрд долларов.

82

После конференции в Рио-де-Жанейро стало ясно, что биосфера – это не капитал человечества, а его естественное окружение, без которого он не может жить и частью которого он является. И предел развития человечества определяется не простым потреблением природных ресурсов, а степенью экологических нарушений. Возрастающее вмешательство человека в естественные природные процессы все больше приводит к необратимым изменениям в биосфере, последствия которых невозможно решать, используя только антропогенные природоохранные мероприятия. Проводимые весьма значительные программы, проекты и мероприятия по охране биосферы недостаточны, так как значительно в больших масштабах действует другой дестабилизирующий и разрушающий механизм – быстрый рост народонаселения и связанный с ним многократный рост его потребностей, поскольку человек находится на вершине экологической пирамиды (см. рис. 1.2). Специальная сессия Генеральной Ассамблеи ООН по природной среде и развитию, проведенная в 1997 г. в Нью-Йорке, пришла к выводу, что решения конференции, состоявшейся в 1992 г. в Рио-де-Жанейро, мировым сообществом практически не выполняются. Еще 5 лет потеряны для человечества. Угроза дальнейшего ухудшения состояния природной среды планеты сохраняется. Итак, чтобы обеспечить устойчивое развитие биосферы необходимо ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАВНОВЕСИЯ МЕЖДУ ЧИСЛЕННОСТЬЮ НАСЕЛЕНИЯ ЗЕМЛИ И ПРИРОДНЫМИ РЕСУРСАМИ, МЕЖДУ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИМ И ЭКОЛОГИЧЕСКИМ РАЗВИТИЕМ. 3.2.3. Устойчивое развитие Российской Федерации

В 1996 г. Президентом РФ была утвержден Указ №440 «О концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию». В нем декларируется, что переход к устойчивому развитию нельзя осуществить, сохраняя нынешние стереотипы мышления, пренебрегающие возможностями биосферы и порождающие безответственное отношение граждан и юридических лиц к природной среде и обеспечению экологической безопасности. Задачи, направления и условия перехода к устойчивому развитию следующие: обеспечить стабилизацию экологической ситуации; добиться

83

коренного улучшения состояния природной среды за счет экологизации экономической деятельности в рамках институциональных и структурных преобразований, позволяющих обеспечить становление новой модели хозяйствования и широкое распространение экологически ориентированных методов управления; ввести хозяйственную деятельность в пределы емкости экосистем на основе массового внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий, целенаправленных изменений структуры экономики, структуры личного и общественного потребления. В Концепции отмечается необходимость учета местных особенностей хозяйствования, актуальность разработки комплексных межрегиональных схем, важность активного участия в международных научных программах по проблемам устойчивого развития и разработки мер, способствующих нормализации антропогенного воздействия на биосферу. Однако, чтобы улучшить сложное экологическое положение в Российской Федерации, нужны десятилетия упорного труда по совершенствованию механизма природопользования, правовых и законодательных норм по охране и защите природной среды. Для модернизации или закрытия экологически опасных производств, строительства мощных очистных сооружений и других природоохранных мероприятий нужны большие затраты средств. В развитых странах инвестиции на природоохранные мероприятия ежегодно составляют 3–4% от суммы валового продукта. В Российской Федерации подобные затраты меньше и постоянно уменьшаются. Так, в 1996 г. они составили 0,6%, в 1997 г. – 0,5%, в 1998 г. и 1999 г. – 0,4%. 3.3. Правовая охрана биосферы Правовая охрана биосферы включает: установление государством, его органами обязательных для всех физических и юридических лиц норм и правил, регулирующих общественные отношения в области природопользования и охраны природной среды; осуществление активного государственного контроля (надзора) за соблюдением установленных норм и правил природопользования предприятиями, должностными лицами, гражданами; применение государственными органами санкций к физическим и юридическим лицам, нарушающим законодательство об охране природной среды.

84

3.3.1. Правовые документы по охране биосферы

В Российской Федерации законодательство по охране природной среды объединяет около 400 нормативных актов. Многие из них были приняты еще во времена СССР. Основные правовые документы следующие. 1. Конституция РФ, принята 12 декабря 1993 г. Статья 42. Каждому гражданину гарантируется право на благоприятную природную среду, достоверную информацию о ее состоянии, а также возмещение ущерба, причиненного здоровью или имуществу экологическими правонарушениями и стихийным бедствием. Статья 58. Каждый гражданин обязан охранять природу, среду обитания и бережно относиться к природным богатствам. Статья 72. Вопросы природопользования, охрана природной среды, обеспечение экологической безопасности находятся в совместном ведении федерации и ее субъектов. 2. Закон «Об охране окружающей природной среды». Принят Верховным Советом РСФСР 19 декабря 1991 г. Основа этого Закона – охрана жизни и здоровья человека от неблагоприятного воздействия среды обитания, вызванного хозяйственной и иной деятельностью людей. Согласно ст. 4 Закона охране подлежат: атмосферный воздух; поверхностные и подземные воды, снежники и ледники; почва земли и ее недра, содержащие полезные ископаемые; природные ландшафты, заповедники, заказники и т. п.; леса и растительность в них; животный мир; микроорганизмы; генетический фонд. В Законе экологические требования установлены как к хозяйственным, так и к военным, оборонным и иным объектам. В Законе закреплен экономический механизм охраны природной среды, который включает: ƒ планирование и финансирование природоохранных мероприятий; ƒ установление лимита использования природных ресурсов, выбросов и сбросов загрязняющих веществ в природную среду и размещения отходов; ƒ установление нормативов платы и размеров платежей за использование природных ресурсов, за выбросы и сбросы загрязняющих веществ в природную среду; возмещение вреда, причиненного природной среде и здоровью человека.

85

В п. 3.1.4 согласно статьи 6 Закона приведены функции Правительства РФ в области охраны природы, а согласно ст. 13 – права общественных экологических организаций. В Законе также определен порядок проведения экологической экспертизы и получения лицензии при размещении предприятий, сооружений, создании новых производств, на разработку и использование природных ресурсов. В развитие этого Закона был принят целый ряд законодательных документов и подзаконных актов по охране природы. Приведем некоторые из них. 3. Законодательные документы. Эти документы регулируют отношения в области охраны и использования природных ресурсов, предусматривая нормы соответствующих международных договоров, соглашений, конвенций. Они были приняты Верховным Советом РСФСР или Государственной Думой, Советом Федерации и подписаны Президентом РФ. Закон РФ «О недрах» (21.02.92 г.), «Положение о государственном внебюджетном фонде воспроизводства минерально-сырьевой базы РФ» (25.02.93 г.), Закон «О природных лечебных ресурсах, лечебно-оздоровительных местностях и курортах» (23.02.95 г.), Закон «Об особо охраняемых природных территориях» (14.03.95 г.), Закон РФ «О животном мире» (24.04.95 г.), Водный кодекс РФ (16.11.95 г.), Закон «Об экологической экспертизе» (23.11.95 г.), Закон «Об использовании атомной энергии» (21.11.95 г.), Закон «О континентальном шельфе РФ» (30.11.95 г.), Закон «О радиационной безопасности населения» (09.01.96 г.), Лесной кодекс РФ (29.01.97 г.), Закон «Об отходах производства и потребления» (10.06.98 г.), Закон «Об охране атмосферного воздуха» (02.04.99 г.), Земельный кодекс РФ (25.07.01 г.). 4. Подзаконные акты: Указы и Распоряжения Президента РФ, Постановления и Распоряжения Правительства РФ. Они могут применяться лишь тогда, когда их правовое содержание соответствует требованиям законов. Примеры: Указ Президента РФ от 01.04.96 г. «О концепции перехода РФ к устойчивому развитию»; Постановление Правительства РФ от 28.08.92 г. «Об утверждении порядка определения платы и ее предельных размеров за загрязнение природной среды, размещение отходов и других видов вредного воздействия». 5. Ряд руководящих вневедомственных документов министерств, ведомств, комитетов: инструкции, положения, нормы,

86

Правила, имеющие отношение к охране природной среды. Это, например, следующие документы: ƒ Положение об оценке воздействия на природу в РФ (Минприроды РФ. 18.07.94 г.); ƒ СанПиН 2.1.4.559-96 (Санитарные правила и нормы). Питьевая вода (Госкомсанэпиднадзор); ƒ СН 245-71. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий (Минстрой РФ); ƒ СНиП 11.01-95 (Строительные нормы и правила). Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений. Минстрой РФ. 6. Система государственных стандартов «Охрана природы». Ее номер 17. Она содержит девять подсистем: 0 – «Основные положения»; 1 – «Гидросфера»; 2 – «Атмосфера»; 3 – «Биологические ресурсы»; 4 – «Почвы»; 5 – «Зéмли»; 6 – «Флора»; 7 – «Фауна»; 8 – «Ландшафты»; 9 – «Недра». ГОСТ 17.0.0.01-76. Охрана природы. Система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Основные положения. ГОСТ 17.1.1.01-77. Охрана природы. Гидросфера. Охрана и использование вод. Основные термины и определения. ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера, правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями. Действует с 1 января 1980 г. 3.3.2. Финансирование природоохранных мероприятий

Существует система экологических фондов, куда перечисляются платежи за экономический ущерб природной среде, причиняемый предприятиями, заводами: 10% – платежи в доход федерального бюджета, 90% – на специальные счета экологических фондов, в банки. Экономический ущерб природной среде – это выражение в стоимостной форме фактических и возможных убытков, причиняемых народному хозяйству загрязнением среды. Средства экологических фондов распределяются на реализацию природоохранных мероприятий следующим образом: 60% – районам, городам; 30% – республикам, краям, областям; 10% – фе-

87

деральным органам. Кроме платежей за загрязнение природной среды, установленных нормативами, фонды получают платежи по искам в возмещение ущерба и штрафы за нарушение экологических норм, законодательства. 3.3.3. Нормирование качества природной среды

До определенного уровня антропогенного воздействия необходимое состояние природных условий обеспечивается самой природой путем саморегуляции и самоочищения. Возрастающее воздействие деятельности человека на природную среду требует регулирования ее качества. Для этого нужны нормативы предельно допустимых воздействий человека на природу. Качество природной среды – это степень соответствия природных условий потребностям живых организмов, включая человека. Экологическое нормирование – это научно обоснованное ограничение воздействия хозяйственной или иной деятельности человека на чистоту и ресурсы биосферы, которое сохраняет требуемое качество природной среды и обеспечивает социальноэкономические потребности человеческого общества. Нормы и нормативы качества природной среды подразделяют на санитарно-гигиенические, экологические, производственнохозяйственные. Для контроля и управления качеством природной среды разрабатывают, определяют и законодательно устанавливают следующие санитарно-гигиенические нормативы: а) предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в воздухе, воде, почве, продуктах питания; б) предельно допустимый уровень (ПДУ) воздействия радиации, шума, вибрации, электромагнитных полей. Нормативы загрязнений природной среды. Для оценки качества воздушной среды используют следующие виды ПДК: ПДКР.3. – концентрация вещества в воздухе рабочей зоны, которая не вызывает заболевания работающего при ежедневном 8-часовом вдыхании этого воздуха в течение всего рабочего стажа; ПДКМ.Р. (максимальная разовая ПДК) – концентрация вещества в воздухе населенного пункта, которая за 30 мин его вдыхания не вызывает рефлекторные реакции в организме человека;

88

ПДКС.С. (среднесуточная ПДК – концентрация вещества в воздухе населенного пункта, которая при неопределенно долгом его вдыхании не оказывает на человека вредного воздействия. При оценке качества водной среды различают два вида ПДК: ПДКв (ПДК водоема) – максимальная концентрация вредного вещества в водоеме, не влияющая на здоровье человека и его потомков и не ухудшающая условия водопользования; ПДКв.р (рыбохозяйственная ПДК) – концентрация вредного вещества в водоеме, не влияющая на жизнедеятельность водных организмов (рыба, водоросли, бактерии). Для почв в качестве ПДК принимают максимальное количество вредного вещества (мг/кг) в пахотном слое сухой почвы, которое гарантирует отсутствие отрицательного воздействия его на здоровье человека, его потомства и санитарные условия жизни населения. В России установлены ПДК для 2000 веществ в воздухе, 1400 – в воде и 200 – в почве. Весь массив нормируемых загрязнителей можно разбить на три группы. 1 группа – вещества с большой нормируемой концентрацией и большим распространением. Это оксиды серы и азота, оксид углерода СО, аммиак, галогены, низкомолекулярные углеводороды, металлы гальванических производств и их водорастворимые соединения. 2 группа – самая многочисленная группа нормируемых веществ (от 60 до 80%), с диапазоном нормируемых концентраций меньших, чем для веществ 1 группы. Это многие органические загрязнители, тяжелые металлы и их водорастворимые соединения. 3 группа – явно токсичные вещества с самыми низкими нормируемыми концентрациями. Это фосфорорганические соединения, диоксины, 3,4 – бензпирен и др. Нормативы на источники загрязнения охраны природы. Предприятия должны иметь установленные нормы на выбросы, сбросы и отходы. ПДВ – предельно допустимый выброс вредного веществ в атмосферу, данным источником в единицу времени, кг/сут. ПДВ устанавливают для каждого источника загрязнения с учетом, что его выбросы вместе с выбросами других источников данного предприятия или других предприятий населенного пункта не создают

89

приземную концентрацию вредного веществ См, превышающую среднесуточную ПДКСС населенного пункта (см. расчеты в п. 4.2.1). ПДС – предельно допустимый сброс вредных веществ в водоемы. ПДС – это масса загрязняющего вещества в сточных водах, максимально допустимая к сбросу в водные потоки в единицу времени, которая в контрольном пункте (створе) водного потока не загрязняет воду выше ПДК. Для водных объектов (потоков) хозяйственно-питьевого и коммунально-бытового назначения контрольный пункт (створ) устанавливают в 1 км выше первого по течению пункта водопользования. Для водных объектов рыбохозяйственного назначения створ устанавливают на расстоянии не более 500 м ниже места сброса сточных вод. Значения предельно-допустимого сброса ПДС (г/час) определяются по формуле: ПДС = Qст Cст, где Qст – максимальный расход сточных вод, м3/ч; Cст – концентрация загрязняющих веществ, г/м3 (см. также расчеты в п. 4.3.1). Отходы. ПРО – предельное размещение отходов. Лимит ПРО – это объем или масса отходов, которую допускается размещать в установленный период времени. Обычно он определяется на стадии разработки проекта и технологического регламента предприятия. И проект, и регламент, проходят целый ряд согласований, экспертиз, в том числе экологических, которые и определяют нормативы ПРО. В отдельных случаях устанавливают временные нормативы: ВДКр.з – временно допустимая концентрация вредного вещества в рабочей зоне; аналогично: ВДКв, ВДКп и др. Нормативы физического загрязнения природной среды приведены в п. 2.3.6 и п. 2.3.7. 3.3.4. Контроль состояния природной среды

Экологический мониторинг – это комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменения состояния природной среды под влиянием антропогенных факторов. Данное понятие утверждено Стокгольмской конференцией ООН по природной среде в дополнение к термину «контроль». Основная цель экологического мониторинга – обеспечение системы управления природоохранной деятельностью своевременной и достоверной информацией, которая позволяет: оценить пока-

90

затели состояния и функциональной целостности экосистем и среды обитания человека; выявить причины изменения этих показателей, оценить последствия таких изменений и определить корректирующие меры; создать предпосылки для определения своевременных мер по исправлению негативных ситуаций. Отсюда – основные функции мониторинга: наблюдение за источниками и факторами антропогенного воздействия на природную среду; наблюдение и оценка фактического состояния природной среды и прогноз изменений, происходящих в ней под влиянием природных и антропогенных факторов воздействия. Ступени мониторинга: биоэкологическая, геосистемная, глобальная. Глобальную систему мониторинга биосферы осуществляет ГСМОС совместно с ВМО, ВОЗ, ФАО, ЮНЕСКО. Они ведут мониторинг состояния атмосферы, переноса загрязняющих веществ на большие расстояния, здоровья человека, Мирового океана, возобновляемых ресурсов суши. Для наблюдений используются около 40 сухопутных и 10 океанических базовых станций. В Единую государственную систему экологического мониторинга (ЕГСЭМ) РФ входят следующие организации: Министерство природных ресурсов РФ, Госкомэкология РФ, Росгидромет, Роскомзем, Рослесхоз, Роскомрыболовство, Госгортехнадзор, Госсанэпиднадзор и др. Эти организации и службы государственного, производственного и общественного экологического контроля ведут наблюдение, учет природных объектов, отбор проб воздуха, вод, почвы, пищевых и технических продуктов и материалов для определения в них содержания загрязняющих веществ. Мониторинг состояния природных ресурсов. Надзорную деятельность по рациональному использованию минеральносырьевых ресурсов проводит Госгортехнадзор РФ. Он также налагает санкции на сверхнормативные потери при переработке минерального сырья, ограничивает, останавливает или запрещает сброс в недра сточных вод, захоронение вредных веществ и отходов производства, подземное хранение веществ и материалов. Мониторинг водных ресурсов ведут гидрометеорологические обсерватории, станции и посты Росгидромета. На предприятиях учет количества вод, забираемых из открытых водоисточников и сброса в них использованных вод, ведет Роскомвод. Учет подземных вод осуществляет комитет РФ по геологическому использованию недр

91

(Роскомнедра). Министерство лесного хозяйства ведет учет лесного фонда, охрану лесов от пожаров и контроль за рубкой и восстановлением лесов. Мониторинг рыбных ресурсов осуществляют сотрудники рыбохозяйственных институтов, ихтиологических служб органов рыбоохраны комитета РФ по рыболовству. Службы Главохоты РФ ведут учет охотничьих и промысловых животных, составляют прогнозы рационального использования животных ресурсов. Государственной системы мониторинга запасов диких растений нет. Эти запасы изучают лишь некоторые НИИ и кафедры вузов в основном на уровне личного энтузиазма. Мониторинг загрязнения природной среды ведет Государственная служба наблюдений (ГСН). За уровнем загрязнения атмосферного воздуха 5–25 ингредиентами (около 4 млн проб в год) наблюдает Росгидромет в 284 городах на 664 стационарных постах. Загрязнение вод суши контролируют на 1363 водных объектах в 1928 пунктах. Мониторинг загрязнений морской среды проводят 600 морских станций контроля. За радиоактивным загрязнением следят 1456 гидрометстанций и постов. Из них 1394 пункта измеряют γ-излучение, 487 пунктов – радиоактивность осадков, 51 пункт – аэрозолей. Контроль загрязнений снежного покрова ведут 645 метеостанций на площади 17 млн м2. Степень загрязнения почв нитратами, пестицидами, тяжелыми металлами оценивают по результатам около 40 тыс. анализов проб в год, отбираемых в 300– 500 хозяйствах. С 1986 г. функционирует Унифицированная система контроля (УСК «Пестициды»), которая следит за остаточным количеством пестицидов в пищевых продуктах и продовольственном сырье. С 1982 г. при Госкомсанэпиднадзоре существует Автоматизированная государственная информационная система (АГИС) – «Здоровье». Она охватывает 80 городов РФ. На ее базе проводится поиск зависимости заболеваемости населения от уровня загрязнения природной среды. 3.3.5. Экологическая экспертиза

Вопросы, связанные с назначением и проведением экологических экспертиз, определяет закон РФ «Об экологической экспертизе» (№174-ФЗ от 23.11.95 г.) и Постановление Правительства РФ (№698 от 11.06.96 г.) «Об утверждении Положения о порядке

92

проведения государственной экологической экспертизы». В Алтайском крае такой же закон принят 6 марта 1998 г. Экологическая экспертиза — это установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и определение допустимости реализации объекта экологической экспертизы в целях предупреждения возможных неблагоприятных воздействий этой деятельности на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экологических и других последствий реализации объекта этой экспертизы. Экологическая экспертиза проводится с целью получения лицензий на деятельность, связанную с возможным негативным воздействием на среду обитания и природные ресурсы. Принципы экологической экспертизы. Они следующие: ƒ презумпция (признание) потенциальной экологической опасности любой намечаемой хозяйственной и другой деятельности; ƒ обязательность проведения государственной экологической экспертизы до принятия решений о реализации объекта экологической экспертизы; ƒ комплексность оценки воздействия на природную среду хозяйственной и другой деятельности и его последствий; достоверность и полнота информации, представляемой на экологическую экспертизу; ƒ обязательность учета требований экологической безопасности при проведении экологической экспертизы; ƒ независимость экспертов при осуществлении полномочий в области экологической экспертизы; научная обоснованность, объективность и законность заключений экологической экспертизы; ƒ гласность, участие общественных организаций (объединений), учет общественного мнения; ƒ ответственность участников экологической экспертизы и заинтересованных лиц за организацию, проведение, качество экологической экспертизы. Методы экологической экспертизы. Экспертиза осуществляется путем сравнения параметров проектируемого или существующего объекта с нормами и правилами, имеющими законодательный характер. При их отсутствии используют ряд специальных методов, таких как групповая экспертиза, «контрольный список», картографическое наложение, блок-схема, матричный, моде-

93

лирования. Например, при матричном методе в матрицу включают информацию по компонентам природной среды (климат, земельные и водные ресурсы и т.д.), видам хозяйственной деятельности (шахты, обогатительные фабрики) и т.п. Экспертиза обычно носит прогнозный характер. Эксперты должны определить, как конкретный объект будет влиять на биосферу в той или иной ситуации. При этом они обязаны рассмотреть серию прогнозов экологических последствий функционирования объекта: при заданных режимах; в конкретных природных условиях; в конкретном регионе в окружении других уже действующих или проектируемых объектов этого же класса. Закон предусматривает возможность проведения двух видов экспертиз: государственной и общественной. Государственная экологическая экспертиза. Ее проводят на федеральном уровне – Управление государственной экспертизы Госкомэкология России, на региональном уровне – территориальные госкомитеты по охране природной среды во всех субъектах. Детальный перечень различных проектов, материалов, обоснований и другой документации, подлежащей рассмотрению на федеральном и региональном уровне, приведен в законе и постановлении. Заключение государственной экологической экспертизы является обязательным для исполнения всеми юридическими и физическими лицами, которым оно адресовано. Общественная экологическая экспертиза организуется и проводится по инициативе граждан и общественных организаций (объединений), а также по инициативе органов местного самоуправления общественными организациями (объединениями), основным направлением деятельности которых в соответствии с их уставами являются охрана природной среды, в том числе организация и проведение экологической экспертизы, и которые зарегистрированы в порядке, установленном законодательством Российской Федерации. Общественная экологическая экспертиза может проводиться в отношении всех объектов, по которым осуществляется государственная экологическая экспертиза как федерального уровня, так и субъектов Российской Федерации, за исключением объектов экологической экспертизы, сведения о которых составляют государственную, коммерческую и (или) иную охраняемую законом тайну.

94

Общественная экологическая экспертиза осуществляется до проведения государственной экологической экспертизы или одновременно с ней, вместе или независимо от государственной экологической экспертизы тех же объектов. На экспертов, привлекаемых для проведения общественной экологической экспертизы, при осуществлении ими экологической экспертизы распространяются требования, предусмотренные Федеральным законом. Заключение общественной экологической экспертизы направляется специально уполномоченным государственным органам в области экологической экспертизы, осуществляющим государственную экологическую экспертизу, заказчику документации, подлежащей общественной экологической экспертизе, органам, принимающим решение о реализации объектов экологической экспертизы, органам местного самоуправления и может передаваться другим заинтересованным лицам. Это заключение приобретает юридическую силу после утверждения его специально уполномоченным государственным органом в области экологической экспертизы. Заключения общественной экологической экспертизы могут публиковаться в средствах массовой информации, передаваться органам местного самоуправления, органам государственной экологической экспертизы, заказчикам документации, подлежащей общественной экологической экспертизе, и другим заинтересованным лицам. 3.3.6. Ответственность за экологические правонарушения

Экологические правонарушения – это противоправные деяния, нарушающие природоохранительное законодательство и причиняющие вред природной среде и здоровью человека. Субъектами экологического правонарушения являются физические лица – отдельные граждане и юридические лица – организации, граждане (руководители фирм, предприятий). При определении степени экологического правонарушения различают две формы вины: прямой или косвенный умысел (незаконная охота, браконьерство) и неосторожность – по небрежности и самонадеянности (пожар в лесу из-за неосторожного обращения с огнем).

95

Ответственность за экологические правонарушения бывает дисциплинарной, административной и уголовной без и с материальной ответственностью. Дисциплинарная ответственность применяется за нарушение экологического законодательства в период рабочего времени работниками, в трудовые функции которых входит непосредственное соблюдение эколого-правовых норм. Это – невыполнение планов и мероприятий по охране природы, нарушение нормативов качества природной среды, несоблюдение требований природоохранного законодательства. Виды дисциплинарной ответственности: предупреждение, выговор, строгий выговор, перевод на нижеоплачиваемую работу. Возможно также одновременное депремирование должностных лиц и работников по итогам работы. Административная ответственность наступает при совершении гражданами, должностными и юридическими лицами правонарушений, причинивших вред природной среде. Виды административных экологических правонарушений: превышение установленных нормативов вредного воздействия (ПДК, ПДУ, ПДВ, ПДО), загрязнение природной среды; несоблюдение экологических требований при сжигании, складировании, переработке, захоронении отходов; нарушение экологических правил транспортировки, хранении и применении химических веществ в сельском хозяйстве; незаконное расходование средств экологических фондов. За административные экологические правонарушения государственными органами РФ (Госгоркомнадзор, Госсанэпиднадзор и т.п.) налагаются штрафы: на граждан – от 1 до 10-кратного минимального размера оплаты труда (МРОТ); на должностных лиц – от 3 до 20-кратного МРОТ; на предприятия, учреждения, организации – от 50 до 500 тыс. МРОТ. За полтора года (1996 г. и 1-я половина 1997 г.) в Алтайском крае к административной ответственности привлечено 35 физических и юридических лиц. Уголовная ответственность предусмотрена в главе 26, ст. от 246 до 262 Уголовного кодекса РФ (1996 г.) за следующие экологические правонарушения: нарушение правил охраны природной среды при производстве работ и при работе с опасными отходами и вредными веществами, включая биологические; нарушение правил охраны и использование недр, режима особо охраняемых природных территорий, правил охраны рыбных запасов; загрязнение ат-

96

мосферы, вод, морской среды, порчу земли, уничтожения лесов; незаконную охоту, добычу водных животных и растений, рубку деревьев, кустарников; нарушение законодательства РФ о шельфе и экономической зоне. Виды уголовных наказаний. За нарушение норм ПДК и правил, причинивших существенный вред растительному и животному миру: штраф – от 100 до 200 МРОТ, или в размере зарплаты за 1–2 месяца; лишение права занимать должность или заниматься деятельностью сроком до 5 лет; арест – на 3 месяца; исправительные работы сроком до 1 года. За правонарушения, повлекшие причинение вреда человеку или массовую гибель животных: штраф от 200 до 500 МРОТ, или в размере зарплаты от 2 до 5 месяцев; исправительные работы от 1 до 2 лет; лишение свободы на срок до 3 лет. За экологические правонарушения, повлекшие смерть человека: лишение свободы на срок от 2 до 5 лет; при массовых заболеваниях людей – лишение свободы на 3–8 лет. За 10 лет (1986–1996 гг.) в РФ возбуждено 800 уголовных дел за экологические правонарушения. В суды направлена половина этих дел. Ежегодно осуждается примерно 25 человек. Контрольные вопросы 1. Какие международные организации решают проблемы охраны природы?

2. Что такое ЮНЕП ЭКОСОС ЮНЕСКО МАГАТЭ, МСОП ВОЗ ФАО, ГСМОС, ВМО ИМО ЕЭК ООН, ЮНДРО МРПТХВ? 3. Каковы достижения международных движений в экологии? 4. Чем различается экологическая деятельность членов Римского клуба и Гринписа? 5. Кто и как осуществляет государственное управление охраной природы в России? 6. Каковы функции и задачи в области охраны природы Президента РФ, Госдумы РФ, Правительства РФ? 7. Каковы функции и задачи в области охраны природы специализированных природоохранных органов России? 8. Каковы права общественных природоохранных организаций и движений России? 9. Какие мероприятия составляют сущность охраны биосферы?

97

10. Какова роль международных конференций по охране природы? Их решения. 11. Каковы принципы устойчивого развития, принятые на конференции в Рио-де-Жанейро? 12. В чем сущность концепции устойчивого развития России? 13. Какова тематика основных правовых документов по охране биосферы, принятых в России? 14. Кто и как финансирует природоохранные мероприятия? 15. Что такое: качество природной среды, экологическое нормирование, ПДК, ПДВ, ПРО, ПДУ? 16. Каковы сущность, цели, задачи экологического мониторинга? Его ступени. 17. Какие виды мониторинга осуществляет ГСМОС и ЕГСЭМ РФ? 18. Кто ведет в России мониторинг состояния природных ресурсов? 19. Кто ведет в России мониторинг загрязнений природной среды? 20. Каковы принципы и методы экологической экспертизы? Ее цели и задачи. 21. Кто и как проводит экологическую экспертизу? За какие виды экологических правонарушений виновные несут дисциплинарную, административную, уголовную и материальную ответственность? Размер наказаний.

98

Или люди сделают так, что в воздухе станет меньше дыма, или дым сделает так, что на Земле станет меньше людей». Луис Батан, американский метеоролог

4. ОХРАНА БИОСФЕРЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ 4.1 Общие положения Чистый воздух, чистая вода, цветущая природа – основа здоровой жизнедеятельности большинства живых организмов. Человек, лишенный воздуха, погибает через 3–10 минут. Многие заболевания живых организмов обусловлены загрязнением воздуха и воды пылью, вредными веществами, болезнетворными организмами. Лучший способ охраны биосферы от загрязнений – исключение видов деятельности человека, технологических процессов, сопровождающихся ее загрязнением. Создание малоотходных и безотходных производств – главное направление в природоохранной деятельности человека. Однако полностью исключить антропогенное загрязнение элементов биосферы нельзя, так как без многих загрязняющих процессов невозможно жизнеобеспечение человека. Например, люди и животные, которых они выращивают, должны дышать, освобождать свой организм от продуктов жизнедеятельности, которые не улучшают атмосферу и гидросферу. Человек не может не выплавлять железо, не сжигать топливо для обеспечения тепла, при производстве электроэнергии, при передвижении в автомобилях, поездах, самолетах, кораблях и многое, многое другое. Поэтому другим основным направлением в природоохранной деятельности человека является очистка воздуха, воды, почвы от загрязнений до санитарных норм. Технологические мероприятия, направленные на предотвращение антропогенного загрязнения биосферы отходами и вредными веществами, обычно связаны с физико-химическими и химическими процессами. Поэтому эти мероприятия по охране биосферы мы, как химики, рассмотрим более детально.

99

4.2. Очистка воздуха от загрязнений 4.2.1. Общие сведения

Источники загрязнения атмосферы. Как отмечалось в п. 2.2, в развитых странах основное загрязнение атмосферы, помимо природного, создают тепловые электростанции, металлургические заводы и автотранспорт. Промышленные загрязнения преимущественно связаны с переработкой или сжиганием каменного и бурого угля, а также нефтяных продуктов. Главным загрязнителем городской атмосферы является автотранспорт. Виды загрязнителей атмосферы. Они указаны в п. 2.2. Согласно ГОСТ 17.2.1.01-76 – это газообразные выбросы в атмосферу (SО2, СО, NOx, углеводороды), жидкие аэрозоли (кислоты, щелочи, растворы солей, жидкие металлы, органические соединения), твердые аэрозоли (канцерогены, свинец и его соединения, пыль, сажа и др.), радиоактивные нуклиды. Нормирование загрязнений атмосферы. Для оценки степени загрязнения воздушной среды используются следующие виды предельно допустимых концентраций (см. п. 3.4): ПДКРЗ рабочей зоны, среднесуточная ПДКСС, максимально разовая ПДКМР. В таблице 4.1 приведены нормируемые значения максимальной разовой ПДКМР и среднесуточной ПДКСС основных видов атмосферных загрязнений. Всего их нормируется около 2000. Таблица 4.1 ПДК основных видов атмосферных загрязнений (СН 245-71) Вещество Аммиак Оксид углерода Диоксид серы Диоксид азота Сероводород Серная кислота Ртуть (металл)

ПДКМР, ПДКСС, мг/м3 мг/м3 0,2 3 0,5 0,085 0,008 0,3 –

0,2 1 0,05 0,04 – 0,1 0,0003

Вещество

ПДКМР, ПДКСС, мг/м3 мг/м3

– Свинец Фенол 0,01 Формальдегид 0,035 Триоксид фосфора 0,15 Хлор Cl2 0,01 Сажа (копоть) 0,15 Пыль нетоксичная 0,5

0,0003 0,003 0,003 0,05 0,003 0,05 0,15

Предельно допустимые выбросы. Для каждого проектируемого и действующего предприятия в соответствии с ГОСТ

100

17.2.3.02-78 устанавливается предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ в атмосферу с учетом того, что этот выброс вместе с другими местными источниками загрязнений не создадут приземную концентрацию примеси См, превышающую ПДК. Расчет ПДВ горячей смеси (∆T >> 0) из труб для максимальной приземной концентрации См проводится по формулам: См = ПДКСС – Сф = ПДВ AFmnr / Н2(V1 ∆T)1/ 3 , 2

1/3

ПДВ = (ПДКСС – Сф) Н (V1 ∆T)

(4.1а)

/AFmnr,

(4.1б)

а для холодного выброса (∆T ≈ 0) – по формулам: См = ПДКСС – Сф = ПДВ AFn /Н 4/32πDwo,

(4.2а)

4/3

ПДВ = (ПДКСС – Сф) Н 2πDwo/AFnr.

(4.2б) 3

Здесь Сф – фоновая концентрация примеси, мг/м ; ПДКСС – среднесуточная ПДК; ПДВ – предельно допустимая масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени; A – климатический коэффициент, зависящий от температурной структуры слоев атмосферы и их перемещения, для Сибири он равен 200; F, m, n и r – коэффициенты, которые учитывают скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (F), условия выхода горячей газовоздушной смеси из устья источника (m, n) и рельеф местности (r); Н – высота источника выброса (трубы) над уровнем земли, м; ∆T – разность между температурами выбрасываемой газовоздушной смеси и наружного воздуха, оС; V1 – объем выбрасываемой газовоздушной смеси, м3/с, V1 = 0,25πD2wo; D – диаметр устья трубы, м; wo – средняя скорость выхода газовой смеси из трубы, м/с. Для газов и практически не осаждающихся аэрозолей безразмерный коэффициент A равен 1, для аэрозолей при коэффициенте очистки не менее 90% – 2, при очистке 75–90% – 2,5 и при очистке менее 75% – 3. Для равнинного ландшафта коэффициент r = 1. Во многих случаях коэффициент n также равен 1. Коэффициент m определяется по формуле: m = 1 / (0,67 + 0,1f 1/2 + 0,34f 1/3) при f < 100, m = 1,47 / f

1/3

при f ≥ 100,

где вспомогательный коэффициент f рассчитывается как:

101

(4.3а) (4.3б)

f = 1000Dwo2 /Н2∆T.

(4.4)

Предельно допустимая масса сжигаемого топлива (ПДТ) при выбросе продуктов сгорания в воздух рассчитывается по формуле: ПДТ = 3,6Н 2 [(ПДКСС – Сф) /МтAFmnr]3/2 Vr ∆T,

(4.5)

где Мт – масса вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу при сжигании топлива, г/кг; Vr – объем газов, выделяющихся при сжигании топлива, м3/кг. Остальные обозначения приведены выше. Эффективность очистки воздуха от загрязнений оценивают коэффициентом очистки η, который часто выражают в процентах: η = (Свх – Свых) /Свх = 1 – k,

(4.6)

где Свх и Свых – массовые концентрации примесей на входе и выходе аппарата-очистителя; k – коэффициент проскока частиц через аппарат очистки. 4.2.2. Очистка выбросов от пыли и аэрозолей

В процессах пылеулавливания существенное значение имеют размеры частиц пыли, их плотность, заряд, удельное сопротивление, адгезионные свойства, смачиваемость и т. п. По размеру твердых частиц выделяют следующие виды пыли: 1 – более 10 мкм, 2 – 0,25–10 мкм, 3 – 0,01–0,25 мкм, 4 – менее 0,01 мкм. Эффективность пылеулавливания мелких частиц меньше – 50–80%, крупных больше – 90–99,9%. Пылеуловители. Их два типа: сухие и мокрые. Сухим путем пыль улавливают пылеосадительные камеры, циклоны, вихревые циклоны, электрофильтры и др. Для очистки от пыли мокрым способом применяют пенные аппараты, скрубберы Вентури и др. Сухие пылеуловители. Пылеосадительные камеры. Это наиболее простейшие аппараты, использующие для осаждения пыли поле гравитации, а при установке перегородок – инерционное поле. Эффективность улавливания пыли размером более 25 мкм – 50–80%. Для очистки горячих дымовых газов от пыли с размером более 20 мкм при температуре 450–600 оС используются жалюзные пылеотделители. В них отделение пыли от основного потока газа происходит за счет инерционных сил, возникающих при рез-

102

ком повороте очищаемого газового потока, когда он проходит через жалюзи решетки. Эффективность очистки достигает 80%. На рисунках 4.1 и 4.2 показана схема циклона (греч. kyklon – вращающийся) и скруббера (англ. scrub – cкрести) Вентури соответственно для сухого и мокрого способов пылеулавливания.

Выход га за 2

Вход га за 1

Выход газа

3 3 2 Га з

4

1

Вода Выход пыли

Рис. 4.1. Циклон для сухой очистки воздуха от пыли: 1 – патрубок для ввода газа; 2 – корпус; 3 – выходная труба; 4 – бункер

Выход шлама

Рис. 4.2. Скруббер Вентури для мокрой очистки газа от пыли: 1 – сопло Вентури; 2 – форсунки для ввода жидкости; 3 – каплеуловитель

Циклоны. Это основной вид аппаратов для улавливания пыли, которые для ее осаждения используют центробежное поле. В циклон газовый поток вводится через патрубок 1 по касательной к внутренней поверхности корпуса циклона 2 (рис. 4.1). Поток совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Частицы пыли под действием центробежной силы образуют на стенке циклона пылевой слой, который осыпается и попадает в бункер. Газовый поток, освободившись от пыли, образует вихрь и через трубу 3 покидает циклон. Бункер при его накоплении периодически разгружается от пыли. Производительность циклона Q (0,5–50 тыс. м3/ч) определяется диаметром его цилиндрической части D: Q = (1/4)πD2w, где

103

w – скорость движения газа в циклоне, w ≅ 4 м/с. От размера этого диаметра зависят остальные габариты циклона: высота (2–2,3)D, высота конуса (1,7–2)D, общая высота (4,2–4,6)D. Диаметр D выбирают в пределах от 20 до 300 см. Избыточное давление газов, поступающих в циклон, не должно превышать 2500 Па, температура – не выше 400 оС. Допустимая входная концентрация слабо слипающейся пыли – около 1000 г/м3, среднеслипающейся – до 250 г/м3. Эффективность очистки газов от пыли более 5 мкм в цилиндрических циклонах 80–90%. Обычно их используют для предварительной очистки газов перед электрофильтрами и фильтрами. При очистке больших объемов газов применяют батареи, состоящие из необходимого числа параллельно установленных циклонов. Ротационные пылеуловители Это аппараты центробежного действия типа вентиляторов особой конструкции. Их используют для очистки газов от пыли с размером частиц более 5 мкм. Они обладают большой компактностью. Более перспективной модификацией являются противопроточные ротационные пылеотделители. Их размеры в 3–4 раза меньше, чем у циклонов, а энергозатраты меньше на 20–40%. Однако сложность конструкции и процесса эксплуатации затрудняет их широкое распространение. Вихревые пылеуловители. Это тоже аппараты центробежного действия, которые в качестве завихрителя газовых потоков используют наклонные сопла или лопатки. Они способны очищать большие объемы газов от тонких фракций пыли, меньше 3–5 мкм. Эффективность очистки достигает 99%. Она мало зависит от содержания пыли в пределах до 300 г/м3. Электрофильтры. Они представляют собой устройства с набором трубчатых осадительных, положительно заряженных электродов (анодов), внутри которых по их осевому центру расположены тонкие стержни (струны) коронирующих, отрицательно заряженных электродов (катодов). Между этими электродами, представляющими цилиндрический электрический конденсатор, источником постоянного тока создается электрическое поле высокой напряженности, до 50–300 кВ/м. В этом сильном электрическом поле при столкновении заряженных частиц с молекулами происходит ударная ионизация газа. Однако до пробоя газа напряженность поля не повышают, т.е. создают условия для коронного разряда в газе. Аэрозольные частицы, поступающие в зону между катодом и ано-

104

дом, адсорбируют образующие ионы, приобретают электрический заряд и движутся к электроду с противоположным зарядом. Так как площадь стержня (катода) значительно меньше площади трубки, плотность тока у катода будет значительно больше, чем у анода. Коронный разряд преимущественно локализуется у катода. Это приводит к значительно большему разряду катионов и образованию отрицательно заряженных аэрозольных частиц. Поэтому примеси в основном движутся к аноду и осаждаются на нем. Отсюда понятны названия: коронирующий и осадительный электроды. При пропускании газа и примесей через электрофильтр скорость их потока обычно задают в пределах от 0,5 до 2 м/с. Скорость движения заряженных частиц к электродам зависит от их размера, заряда и напряженности электрического поля. При напряженности поля 150 кВ/м она составляет от 0,01 до 0,1 м/с для частиц с диаметром соответственно от 1 до 30 мкм. На электродах хорошо осаждаются и затем легко удаляются встряхиванием пыли с удельным сопротивлением от 104 до 1010 Ом⋅см. При меньших его значениях частицы пыли легко разряжаются на электроде, перезаряжаются и возвращаются обратно в газовый поток. Пыли с удельным сопротивлением более 1010 Ом⋅см медленно разряжаются на электродах, препятствуют осаждению новых частиц и улавливаются труднее всего. В этом случае используют увлажнение газа. Электрофильтры используются для тонкой очистки газов от пыли и тумана. Сухие электрофильтры имеют производительность от 30 до 1000 м3/ч. Они способны очищать газы с эффективностью до 99,9% при содержании пыли до 60 г/м3 и температуре газа до 250 оС. Фильтры. Их конструкции различны. Однако у всех фильтров основным элементом является пористая перегородка – фильтроэлемент. По виду материала перегородки различают: зернистые, гибкие, полужесткие, жесткие фильтры. Зернистые фильтры из гравия, кокса, песка используют для очистки газов от крупных фракций пыли, создаваемых дробилками, грохотами, мельницами и др. Эффективность очистки – до 99,9%. Гибкие пористые фильтроэлементы – это ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан. Ткани и войлоки чаще всего изготавливают из синтетических волокон, стеклянных нитей, получая такие ткани, как нитрон, лавсан, хлорин, стеклоткань. Их широко

105

используют для тонкой очистки газов с исходным содержанием пыли 20–50 г/м3. Эффективность очистки – 97–99%. Жесткие фильтроэлементы изготавливают из пористой керамики и пористых металлов. Они незаменимы при очистке от примесей горячих и, агрессивных газов. Полужесткие фильтры типа вязаных металлических сеток, прессованных спиралей и стружек из нержавеющей стали, латуни, никеля применяют для очистки горячих газов с температурой до 500 оС от пыли с размером частиц более 15 мкм и начальной концентрацией до 50 г/м3. Процесс фильтрования заключается в осаждении дисперсных частиц на поверхности пор фильтроэлемента. Осаждение происходит в результате эффекта касания, диффузионного, инерционного, гравитационного процесса, кулоновского взаимодействия заряженных частиц. Последнее характерно для нашедших в настоящее время широкое применение фильтров Петрянова из перхлорвиниловых волокон (ФПП). Такие ультратонкие волокна несут на своей поверхности заряды, что позволяет в начальной стадии фильтрования достигать очень высокой эффективности очистки газов от аэрозолей, до 99,99% при скорости фильтрации 0,01 м/с и диаметре частиц 0,34 мкм. Эти фильтры используют для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей. После нейтрализации заряда эффективность очистки снижается до 90%. Если размер частиц больше размера пор, то наблюдается ситовой эффект с образованием слоя осадка. Этот эффект, а также постепенное закупоривание пор оседающими частицами увеличивают сопротивление фильтроэлемента и эффективность очистки, но снижает ее производительность. Поэтому фильтроэлементы периодически регенерируют. Конструкции фильтров: рукавные, рулонные, рамочные. Рукавные фильтры наиболее широко применяются для сухой очистки газовых выбросов. В цилиндрическом корпусе с конусным дном рукава из ткани или войлока крепятся к отверстиям нижней перегородки и к заглушкам верхней перегородки. Запыленный газ, подаваемый снизу через отверстия нижней перегородки, поступает в рукава, фильтруется и через межрукавное пространство и отверстия верхней перегородки выводится из аппарата. Регенерацию фильтра производят после его отключения от системы очистки путем встряхивания рукавов специальным устройством (пыль соби-

106

рается в конусном дне) и обратной продувкой их сжатым газом. Допустимая концентрация пыли на входе в рукавный фильтр 20 г/м3, наибольшая температура газов – 130 оС для рукавов из лавсана и 230 оС – для стеклоткани, производительность – до 50 м3/ч, эффективность очистки – около 98%. Мокрые пылеуловители. Аппараты мокрой очистки газов характеризуются высокой эффективностью тонкой очистки мелких пылей (0,3-1 мкм), а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Они работают, используя осаждение частиц пыли на поверхности капель или пленки жидкости. При этом действуют силы инерции, броуновского движения, диффузии, происходит взаимодействие заряженных частиц, конденсация, испарение и т.п. Важным фактором является смачиваемость частиц жидкостью. По конструкции мокрые пылеуловители разделяют на скрубберы Вентури, форсуночные и центробежные скрубберы, на аппараты ударно-инерционные, барботажно-пенные и др. Скруббер Вентури (рис. 4.2). Основная часть этого скруббера – сопло Вентури 1, в сужающуюся часть которого вводится запыленный газ, а через центробежные форсунки 2 распыляется вода. При этом происходит разгон газа от входной скорости в 15–20 м/с до скорости 30–200 м/с в узком сечении сопла. Для эффективной очистки очень важна равномерность распределения капель воды по сечению сопла. В расширяющейся части сопла поток тормозится до скорости 15–20 м/с и подается в каплеуловитель 3 – прямоточный циклон. Расход воды: 0,1–6 л/м3. Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки (до 99,9%) от аэрозолей со средним размером частиц 1–2 мкм при их начальной концентрации до 100 г/м3. Производительность скрубберов Вентури – до 80 000 м3/ч. Форсуночные и центробежные скрубберы эффективно улавливают частицы размером более 10–20 мкм. В них газовый поток направляется под углом на зеркало воды, выступающей над поверхностью шлама (рис. 4.3а). Крупные частицы оседают в воде, а мелкая пыль с газовым потоком поднимается вверх навстречу дождевому потоку, создаваемому форсунками 2а или пленке воды, подаваемой через сопла в центробежном скруббере. Удельный расход воды в форсуночных скрубберах составляет 3–6 л/м3, скорость движения потока газа – 0,7–1,5 м/с, эффективность очистки доменного газа – 60–70%. В центробежных скруб-

107

берах при запыленности газа пылью до 20 г/м3 удельный расход воды составляет 0,09–0,18 л/м3, эффективность очистки при скорости газа 15–20 м/с – от 80 до 98%. Выход газа

Выход газа

Выход газа

1 3 2а 1

3

Ввод воды

5 4 2б

Вход газа

газа

Вход газа

Слив воды

2а

Вода

2б

6

1 Вход газа

Вода Отработанный раствор Шлам

Шлам

а

б

в

4.3. Форсуночный скруббер (а), барботажно-пенный пылеуловитель (б), орошаемая противопроточная насадочная башня (в): 1 – корпус; 2а – форсунки; 2б – решетка; 3 – брызгоуловитель; 4 – вода; 5 – пена; 6 – насадка

Барботажно-пенные пылеуловители (рис. 4.3б). В них газ на очистку поступает под горизонтальную решетку 2б, затем проходит через отверстия в решетке и слой жидкости 4 и пены 5. При скорости газа до 1 м/с наблюдается барботажный режим очистки. При росте скорости до 2–2,5 м/с возникает пенный слой над жидкостью. Это приводит к повышению эффективности очистки, но также растет унос брызг из аппарата. Эффективность очистки газа от мелкой пыли достигает 95–96% при удельном расходе воды 0,4-0,5 л/м3. Туманоуловители. Их используют для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей. Туманы улавливают волокнистыми фильтрами, на поверхности пор которых осаждаются капли и затем жидкость стекает под действием сил тяготения. В качестве материала применяется стекловолокно с

108

диаметром волокон от 7 до 30 мкм или полимерные волокна (лав сан, полипропилен) диаметром от 12 до 40 мкм. В низкоскоростных туманоуловителях, со скоростью движения газа менее 0,15 м/с, преобладает механизм диффузионного осаждения капель, а в высокоскоростных (2–2,5 м/с) действуют инерционные силы. Для низкоскоростного туманоуловителя используют трубчатые фильтрующие элементы. Их формируют (набирают) из волокнистых материалов в зазоре шириной 5–15 см между двумя сетчатыми цилиндрами, диаметры которых отличаются на 10–30 см. Эти элементы, в отличие от рукавных фильтров, с одного конца крепятся вертикально к отверстиям верхней перегородки цилиндрического аппарата, а нижние концы через трубчатые гидрозатворы погружаются в стаканы с конденсированной жидкостью. Туман, проходя с наружной стороны цилиндра во внутреннюю полость, задерживает капли. Образующаяся из них жидкость стекает в стакан. Эффективность очистки частиц размером менее 3 мкм 99,9%. Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие размеры и обеспечивают эффективность очистки в 90–98%. Для очистки воздуха ванн хромирования от тумана и брызг хромовой и серной кислоты с температурой до 90 оС разработана конструкция фильтра с волокнами из полипропилена: ФВГ-Т. Его производительность 3 500–80 000 м3/ч, эффективность очистки – 96–99%. 4.2.3. Очистка воздуха от газо- и парообразных загрязнений

Основные виды загрязнений воздуха приведены в таблице 4.1. Наиболее частые и вредные примеси: оксид углерода CO, диоксид серы SO2, оксиды азота NOх, пары серной кислоты. Методы очистки воздуха от паро- и газообразных загрязнителей по виду используемых физико-химических процессов делят на пять групп: 1) абсорбционные, 2) адсорбционные, 3) хемосорбционные, 4) термической нейтрализации, 5) каталитического окисления. Метод абсорбции. Его сущность – поглощение компонентов газовых смесей в объеме жидкого поглотителя (абсорбента). Эффективность абсорбции зависит от растворимости абсорбируемого компонента в абсорбенте, площади поверхности раздела, скорости процессов диффузии, смешения.

109

К абсорбентам предъявляются следующие основные требования: ƒ хорошая растворимость парогазовых примесей, которая определяет емкость абсорбента; ƒ повышенная температура кипения (выше 150 оС), что уменьшает потери абсорбента; ƒ низкая вязкость, которая увеличивает скорость массо- и теплопередачи, перекачивания; ƒ избирательность при разделении газовых смесей; ƒ термохимическая устойчивость, что важно в циклических абсорбционных процессах. Вода как абсорбент применяется тогда, когда растворимость загрязняющего компонента в ней составляет сотни граммов в 1 л воды. Это примеси аммиака, хлористого и фтористого водорода и др. Для улавливания паров воды используют концентрированную серную кислоту, углеводородов – вязкие масла, метана – жидкий азот и т.п. Аппаратура метода абсорбции аналогична той, которая применяется для мокрой очистки воздуха от пыли: скрубберы Вентури (рис. 4.2), форсуночные скрубберы (рис. 4.3а), барботажнопенные аппараты (рис. 4.3б), а также противопоточные насадочные башни. В последних (рис. 4.3в) загрязненный газ входит в нижнюю часть башни, а очищенный выходит из нее через верхнюю часть, куда подается и разбрызгивается абсорбент. Очистка происходит при контакте газа с каплями или с пленками абсорбента, когда он растекается по насадке. Образующийся загрязненный раствор стекает на дно башни и выводится из нее. Далее этот раствор в разомкнутом процессе отправляют в отходы, в циркуляционном процессе регенерируют десорбцией и снова возвращают для абсорбции. Насадка позволяет значительно увеличить поверхность контакта газа и жидкости. В качестве насадки используют химически инертные тела различной геометрической формы: кольца Рашига, Палля, седла Берля, «Инталокса», розетки Теллера. Материал насадок: керамика, фарфор, пластмассы, металлы. Вместо насадок широко применяют колпачковые тарелки, иногда – перфорированные (дырчатые) пластины-перегодки с множеством мелких отверстий диаметром около 6 мм. Метод хемосорбции. Он основан на химическом превращении поглощаемых паров и газов в другие, обычно мало летучие или

110

малорастворимые соединения. Например, сероводород можно поглощать щелочным раствором оксисульфомышьяковой соли (реакция А) с последующей регенерацией ее из образующегося продукта реакции окислением кислородом (реакция Б): А. Na4As2S5O2 + H2S = Na4As2S6O + H2O, Б. Na4As2S6O + 1/2O2 = Na4As2S5O2 + S2. В качестве побочного компонента образуется сера – ценное сырье. Для поглощения оксидов углерода СО2, серы SO2, азота NOx широко используют водные щелочные растворы извести, соды, аммиака. Аппаратура метода хемосорбции такая же, какая применяется в методе абсорбции. Так, газы травильных ванн, содержащие оксиды азота, пары серной, хлоро- и фторводородной кислот, направляются в форсуночный скруббер, где они нейтрализуются раствором извести. Очищенный газ проходит через центробежный каплеуловитель и выбрасывается наружу. Эффективность очистки от оксидов азота составляет 17–86%, от паров кислот – 95%. Также используются башни с подвижной насадкой. Они обеспечивают высокую эффективность очистки. Методы абсорбции и хемосорбции называют мокрыми. Их недостатки: – понижение температуры выбрасываемых газов, что снижает эффективность их рассеяния; – образуется большое количество отходов, возникают проблемы их утилизации. Это осложняет и удорожает очистку загрязненных газов. Метод адсорбции основан на способности поверхности твердых адсорбентов (поглотителей) избирательно поглощать и концентрировать отдельные компоненты газопаровой смеси. Адсорбция может быть физической, промежуточной (активированной) и химической. Достоинство физической адсорбции – обратимость процесса. Это позволяет относительно просто проводить регенерацию адсорбента, обычно методом нагрева при повышенной температуре, так как физическая адсорбция сильно снижается с увеличением температуры. Процесс химической адсорбции, как правило, необратим, и регенерировать адсорбент не удается.

111

В качестве адсорбентов используют мелкодисперсные порошки активированного угля, оксида алюминия, глинозема, силикагеля, цеолитов и т. п. Основным параметром при выборе адсорбента является его адсорбционная способность, т.е. количество вещества, поглощаемое единицей массы адсорбента или площади его поверхности. Конструктивно адсорберы представляют вертикальные, горизонтальные или кольцевые емкости, заполненные пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. В адсорберах периодического действия адсорбент неподвижен, он периодически регенерируется. Эти адсорберы просты, но представляют большое сопротивление газовому потоку и поэтому требуют больших энергетических затрат. В непрерывных адсорберах адсорбент постоянно движется под действием сил тяжести или в восходящем потоке очищаемого воздуха. Это позволяет полнее использовать поглощающую способность сорбента, упростить эксплуатацию оборудования. Их недостаток – большие потери сорбента, он истирается. Термическая нейтрализация. Метод основан на способности горючих токсичных газов и паров окисляться кислородом при высокой температуре до менее токсичных продуктов. Достоинства метода: отсутствие шламов и необходимости их переработки, небольшие габариты установок и простота их обслуживания, высокая эффективность обезвреживания при низкой стоимости очистки. Однако нельзя сжигать газы, содержащие, например, галогены, серу, фосфор, так как продукты их окисления более токсичны, чем очищаемый выброс. Различают три способа термической нейтрализации газовых выбросов: прямое сжигание в пламени; термическое и каталитическое окисление. Прямое сжигание ведут при температуре 600–800 оС. Это экономически выгодно, когда при сжигании очищаемые газы обеспечивают не менее 50% общей теплоты сгорания. Примеры: сжигание в факеле горелки углеводородов, содержащих токсичные газы (например, HCN); дожигание органических газовых загрязнений лакокрасочных цехов в камере при горении природного газа. В последнем случае время пребывания газа в камере должно быть не менее 0,5–0,7 с; эффективность очистки – 90–99%. Недостаток дан-

112

ного способа – образование оксидов азота при избытке воздуха и высокой температуре пламени (до 1300 оС). Термическое окисление применяют тогда, когда газовые выбросы имеют высокую температуру, а также дефицит кислорода или когда концентрация горючих примесей низка и не обеспечивает теплоту, необходимую для поддержания пламени. При этом время пребывания газа в камере должно составлять 0,3–0,8 с, газ должен хорошо перемешиваться с кислородом воздуха за счет турбулентного движения, температура при окислении углеводородов должна быть 500–760 оС, оксида углерода – 680–800 оС. Достоинство способа – относительно низкая температура очистки, что позволяет избежать образования оксидов азота. Каталитическое окисление. Этот способ отличается от термического, во-первых, более низкой температурой процесса окисления, 300–400 оС, во-вторых, высокой скоростью его протекания, доли секунды, что позволяет значительно уменьшить размеры реактора. Катализаторами могут быть платиновые металлы, оксиды меди, марганца и др. Платиновые металлы, обычно в количестве сотых долей процента от массы катализатора, наносятся на поверхность спиралей, пластин, шариков, изготовленных из нихрома, никеля, оксида алюминия. Об активности катализатора судят по объемной скорости каталитического процесса w (ч–1), которая представляет отношение объема газа Vg (м3/ч), очищаемого в единицу времени, к объему Vkat (м3), занимаемому катализатором: w = Vg / Vkat. Обычно эффективность очистки в 85–95% достигается при объемной скорости газового потока от 2000 до 60 000 ч–1. Каталитическая активность окисления углеводородов возрастает в следующем ряду: ароматические углеводороды < парафины разветвленного строения < парафины линейного строения < олефины < ацетиленовые углеводороды. Пример. Катализатор – нихромовая проволока диаметром 0,4–0,5 мм, свитая в спираль диаметром 4–5 мм, с нанесенной пленкой платины и палладия. При температуре 350–450 оС и объемной скорости 30–60 тыс. ч–1 он позволяет практически полностью окислять примеси этилена, пропилена, бутана, пропана, ацетальальдегида, метилового, этилового, пропилового и других спиртов, ацетона, бензола, толуола, ксилола и т.п. На рисунке 4.4а приведена схема каталитического реактора для окисления толуола. Воздух, содержащий толуол, сначала по-

113

догревается горячими, отходящими газами в рекуператоре 5. Затем он поступает в камеру 3, где подогревается пламенем горелки до 250–350 оС. Эта температура оптимальна для каталитического окисления толуола на поверхности катализатора 1 в камере 4. В качестве катализатора используется природная марганцевая руда (пиромзит) в виде гранул размером 2–5 мм, активированных азотнокислым палладием. При каталитическом окислении толуола кислородом воздуха образуются СО2 и водяные пары. Перед выбросом в атмосферу горячая парогазовая смесь охлаждается в теплообменнике-рекуператоре 5, через который проходит поток входящего в аппарат очищаемого газа. 1а

Природный газ

1б

Выход Вход газа газа

2 3

4 1

а

Вход газа 5

Выход газа

Воздух

б

Рис. 4.4. Схемы каталитических реактора (а) и нейтрализатора (б): 1 – катализатор; 2 – горелка; 3 – подогреватель; 4 – контактная камера; 5 – рекуператор

Эффективность очистки составляет 95–98% при объемной скорости процесса 8–10 тыс. ч–1. Расход природного газа – 3,5–4 м3 на 1000 м3 очищаемого воздуха. Выбор метода очистки газа зависит от следующих факторов: природы и концентрации загрязнителей, требуемой степени очистки, фонового загрязнения окружающей атмосферы, объемов очищаемых газов и их температуры, требуемых финансовых и технических затрат, наличия необходимого оборудования, сорбента, катализатора, природного газа и т.п., возможности утилизации продуктов улавливания и потребности в них. 4.2.4. Очистка выбросов автотранспорта

Автотранспорт является главным загрязнителем городской атмосферы, в больших городах – на 60–90%. Автомобильные выхлопные газы – это смесь многих веществ (до 200). Их примерный состав (объемные проценты): газы воздуха – азота около 75% и

114

кислорода 5–15%; газы от сгорания топлива: диоксида углерода CO2 – 5–10%, воды – 1–5%, водорода – 0–5%, загрязняющих и токсичных веществ – 1–15%. Основными компонентами смеси вредных веществ являются: оксид углерода СО – 30–70%, углеводороды – 2–20%, оксиды азота – 1–9%. Они также содержат альдегиды, сажу (дизельные двигатели), соединения свинца, бензпирен и др. Доля несгоревших углеводородов и особенно СО резко возрастает (в 10–15 раз) при малых оборотах двигателя во время разгона, торможения, при остановках у светофора, в заторах и т.п. Мероприятия по снижению выбросов автотранспорта делят на следующие три группы. 1. Градостроительные мероприятия: а) строительство автомагистралей в обход городов и населенных пунктов; б) изоляция зданий от дорог, тротуаров многорядными посадками кустов и деревьев; в) размещение жилых и особенно детских учреждений в глубине кварталов, подальше от дорог; г) сооружений транспортных развязок на разных уровнях, магистралей-дублеров. 2. Организация движения городского транспорта: а) ограничение проезда грузовых машин по городу; б) организация оптимальной работы светофоров («зеленая волна») и транспортных развязок; в) оптимизация скорости движения машин (при 60 км/час – наименьшие загрязнения); г) расширение перевозок пассажиров электротранспортом. 3. Технические мероприятия: а) регулировка двигателей внутреннего сгорания, особенно состава смеси, поступающей в цилиндры; б) снижение, замена и полное исключение свинца в топливе; в) добавление в топливо присадок, снижающих содержание CO, альдегидов, сажи в выхлопных газах; г) замена бензина метанолом, сжатым и сжиженным газом, а еще лучше – водородом; д) нейтрализация (обезвреживание) выхлопных газов; е) фильтрация выхлопных газов дизелей от сажи; ж) замена обычных автомобилей электромобилями. Примеры. Добавки к бензину смеси спиртов уменьшают содержание CO у карбюраторных двигателей. Добавки, содержащие барий, снижают выброс сажи из дизельных двигателей на 70–90%. Горячие водяные пары способствуют более полному сгоранию топлива, уменьшают детонацию. Замена жидкого топлива на газы, которые сгорают практически полностью, уменьшает содержание CO в выхлопных газах в 3–4 раза.

115

Очистка выхлопных газов. Очистка выхлопных газов от загрязнений – наиболее реальный и перспективный путь уменьшения загазованности городской атмосферы. Применение находят два способа очистки: нейтрализация загрязнений растворами реагентов; каталитическая нейтрализация примесей выхлопных газов. Жидкостная нейтрализация – это взаимодействие токсичных веществ с раствором сульфита Na 2SО3 или карбоната натрия Na 2CO3 при пропускании через раствор выхлопных газов. Эффективность очистки составляет: от оксида серы SO2 – до 100%, альдегидов – 50–98%, оксидов азота – около 30–50%, сажи – 60–80%. Недостатки способа: большие размеры и масса нейтрализатора, нет очистки от оксида углерода CO, мала эффективность очистки от оксидов азота. Раствор надо часто менять, жидкость интенсивно испаряется. Каталитическая нейтрализация – это восстановление и окисление примесей выхлопных газов с образованием безвредных паров воды и газов: азота, СО2. Для восстановления оксидов азота применяют катализаторы на основе меди, хрома, кобальта, никеля и их сплавов. Для окисления СО и углеводородов используются катализаторы из платиновых металлов. На рисунке 4.4б показана схема двухкамерного каталитического нейтрализатора. В первой камере помещен восстановительный катализатор из медно-никелевого сплава (1а), во второй камере – окислительный, платиновый (1б). Сначала в восстановительной среде выхлопных газов оксиды азота (в основном NO) восстанавливаются до свободного азота: NO + CO = ½N2 + CO2; NO + H2 = ½N2 + H2O. Во второй части аппарата в газовый поток вводится воздух, кислород которого окисляет, с участием платинового катализатора, оксид углерода и углеводороды: CO + ½O2 = CO2; CnHm + (n + ¼ m)O2 = nCO2 + ½ mH2O. Каталитические нейтрализаторы уменьшают содержание СО на 70–90%, углеводородов – на 50–85%, оксидов азота – на 70– 85%. Улавливание сажи. Выпуск дизельных грузовых и легковых автомобилей в мире постоянно растет. Основной недостаток дизелей, связанный с использованием высокомолекулярных углеводородов, – большое количество сажи в выхлопных газах. Для улав-

116

ливания сажи используют фильтры в виде сотовой конструкции из ячеек прямоугольного сечения (рис. 4.5а) или в виде нескольких последовательно расположенных пористых перегородок (рис. 4.5б).

Вход

Выход

а

Ячейка

Вход

Выход Фильтр

б

Рис. 4.5. Схемы сотового (а) и перегородчатого (б) фильтров сажи

Материал сотового фильтра – пористый кордиерит. Он механически прочен, химически стоек, термически стабилен, в 30–50 раз уменьшает содержание твердых частиц (эффективность очистки до 75%). Регенерацию фильтра проводят путем сжигания сажи при нагреве фильтра до 500 оС примерно через 100 км пробега, заменяют его через 10000 км пробега. Другие методы. Это мембранные методы раздельного улавливания газов, например, водорода – палладиевой мембраной, органических растворителей из воздушных выбросов покрасочных камер – мембранным модулем из полидиметилсилооксана на полисульфоне. Для дезодорации (лат. des – уничтожать, odor – запах) дурно пахнущих газовых выбросов используют их обработку озоном, а также биохимические методы. Последние методы очистки газов основаны на способности микроорганизмов употреблять в своей жизнедеятельности различные органические и неорганические соединения, что приводит к их разрушению и преобразованию. Эти процессы будут рассмотрены в следующем разделе, посвященном очистке от загрязнений сточных вод. 4.3. Методы очистки воды от загрязнений 4.3.1. Общие сведения

Источники загрязнения воды и виды загрязнителей гидросферы приведены в п. 2.2.3. Ими являются атмосферные и талые воды городов, бытовые и промышленные сточные воды, животноводческие стоки и грунтовые воды, загрязненные удобрениями и

117

пестицидами. Основные загрязнители морей – разливы нефти из танкеров, стоки прибрежных городов. Критерии качества воды. Качество воды – характеристика свойств и состава воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования. Критерий качества воды – признак, по которому оценивается качество воды. В зависимости от прозрачности воды, содержания в ней кислорода, нитратов, аммиака определяют 4 класса воды: I – чистая питьевая вода; II – чистая техническая вода; III – умеренно загрязненная вода для водопоя скота, пригодная для промышленных нужд; IV – недопустимо загрязненная вода. В таблице 4.2 приведены нормативы качества питьевой воды. Таблица 4.2 Нормативы качества питьевой воды (СанПиН 2.1.4.559-96) Показатель Кислотность Сухой остаток Общая жесткость Окисляемость α-радиоактивность β-радиоактивность Запах. Привкус Цветность Мутность Микробное число Колифаги, споры, бактерии

Ед. изм.

ПДК, не более

Вещество

рН мг / л

6,5–8,5 Нефть 1000 ПАВ* Альдегид2* ммоль/л Акриламид 7 мгО2 / л 5 Анилин Хлор своб. Бк / л Озон остат. 0,1 ССl4 Бк /л 1,0 ДДТ, изомеры γ-ГХЦГ3* Баллы 2 2,4-Д4* град 20 Фенолы мг/л 1,5 Алюминий Барий В 1 мл ≤ 50 Берилий – Отсут- Бор ствие Железо Кадмий

ПДК, мг/л 0,1 0,5 0,05 2,0 0,2 0,3–0,5 0,05 0,006 0.002 0,002 0,03 0,25 0,5 0,1 2⋅10–4 0,5 0,3 0,001

Вещество

ПДК, мг/л

Марганец 0,1 Медь 1,0 Молибден 0,25 Мышьяк 0,05 Никель 0,1 Ртуть 1⋅10–4 Свинец 0,03 Селен 0,01 Стронций 7,0 Хром 0,05 Цинк 5,0 Нитраты 45 Силикаты 10 Сульфаты 500 Фосфаты 3,5 Фториды 1,2–1,5 Хлориды 350 Цианиды 0,035

* – поверхностно-активные вещества; 2* – формальдегид; * – линдан; 4* – 2,4-дихлорфено-уксусная кислота.

3

Сточная вода – это вода, бывшая в бытовом, промышленном или сельскохозяйственном употреблении или прошедшая с загрязнением через какую-либо территорию.

118

По размеру твердых частиц в сточных водах различают: грубые суспензии – >100 мкм, тонкие суспензии – 10–100 мкм, весьма тонкие суспензии – 1–10 мкм, мути – 0,1–1 мкм, коллоиды – <0,1 мкм. Производственные стоки по содержанию примесей делят на 4 группы: I – до 0,5 г/л; II – 0,5-5 г/л; III – 5-30 г/л; IV – более 30 г/л. В технологических процессах образуются различные сточные воды: реакционные, промывные, охлаждающие воды, маточные растворы, водные экстракты, абсорбционные жидкости и др. Наибольшее количество воды в промышленности – 65–80% – тратится на охлаждение веществ в теплообменниках. В промышленных стоках наибольшую долю составляют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности, около 20%, химической промышленности – 17%, теплоэнергетики – 13%. В мире ежегодно сбрасывается в водоемы около 30 млрд м3 неочищенных вод. В Российской Федерации в 90-х гг. в поверхностные водоемы ежегодно сбрасывается от 28 до 24 млн м3 загрязненных сточных вод. Из них сбросы городских канализаций составляют около 50%, промышленные – 35%, сельскохозяйственные – 13%. Норма водопотребления – это оптимальное количество воды, необходимое для производственного процесса, установленное на основании передового опыта или научно обоснованного расчета. Например, средние удельные расходы воды (м3/т) на производство стали составляют 220–245, чугуна – 280, никеля – 4000, серной кислоты – около 100, пластмассы – 500–1000. Норма водоотведения – это установленное среднее количество сточных вод, отводимое от производства в водоем при оптимальной норме водопотребления. Например, укрупненная норма водоотведения при выплавке 1 т стали или чугуна равна 0,1 м3 сточных вод, при добыче нефти – 0,4 м3, угля – 0,3 м3, при производстве соды – 8–10 м3, вискозного волокна – 230 м3, при выработке 1 МВт⋅ч электроэнергии – 5 м3. Нормирование выпуска сточных вод. Допустимая степень загрязнения сточных вод и их сбрасываемое количество зависят от возможностей водоема, куда они сбрасываются, и от санитарных требований к воде этого водоема. Это количество определяется расчетами в соответствии с технологическим регламентом.

119

Расчет допустимого состава сточных вод по концентрации взвешенных веществ Св,взв проводится по формуле ПДС = Qст Cст: Со,взв ≤ Св,взв + nПДКвзв,

(4.7)

где Со,взв – допустимая концентрация взвешенных частиц в сточной воде; Св,взв – их концентрация в водоеме до сброса сточной воды; ПДКвзв – предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в водоеме; n – кратность разбавления сточных вод в водоеме. Расчет состава сточных вод по концентрации вредных веществ: (4.8) Со,A ≤ n(Сm,A – Св,A) + Св,A, где Со,A – допустимая концентрация вредного вещества A; Св,A – концентрация вредного вещества A в воде водоема до сброса сточных вод; n – кратность разбавления; Сm,A – максимально допустимая концентрация вредного вещества A в присутствии других i-х вредных веществ одного лимитирующего показателя вредности, Сm,A = ПДКA [1 – Σ (Сm,i–A / ПДКi)]. Расчет кратности разбавления сточных вод: n = (Со – Св) / (С – Св),

(4.9)

где Со – концентрация загрязняющих веществ в сточной воде; Св и С – концентрация загрязняющих веществ в водоеме до и после спуска в него сточных вод. Расчет кратности разбавления для водоемов с направленным течением: (4.10) n = (mQв + Qv) / Qv, где Qв – объем воды, расходуемый водоемом; Qv – объем сбрасываемых сточных вод; m – коэффициент смешения, показывающий долю воды в водоеме, затрачиваемой на смешение. При условии полного перемешивания сточных вод концентрация примесей в водоеме С в произвольный момент времени равна: (4.11) С = t(Co Qv + ΣCв Qв) /V, где V – объем водоема; t = V / (Qv + ΣQв – Qп) – период полного обмена воды в водоеме; Q п – потери чистой воды водоема, например при испарении.

120

Очистка сточных вод. Очистка – это разрушение или удаление загрязнений из воды. Обеззараживание – уничтожение в сточных водах патогенных организмов. Для очистки сточных вод используют: гидромеханические, физико-химические, химические, электрохимические, термические, биохимические методы. Конкретный способ их очистки зависит от количества вод, от вида и концентрации в них загрязняющих веществ. Для отделения нерастворимых примесей, кроме отстойных сооружений, применяют гидроциклоны, центрифуги, фильтры, флотаторы. Физико-химические методы очистки: коагуляция, окисление, сорбция, ионообмен, экстракция, мембранные способы. Они позволяют удалять ионы тяжелых металлов, растворенные соли, кислоты, щелочи, биогенные соединения. Биохимические методы используют для разложения органических веществ, поскольку некоторые микроорганизмы способны употреблять органические вещества сточных вод для питания. Очистку ведут с применением аэротенков, биофильтров, окситенков; биологических прудов и полей. Возможности очистки сточных вод разными методами иллюстрирует таблица 4.3. Таблица 4.3 Степень очистки промышленных сточных вод Методы очистки Гидромеханические Химические Физико-химические Биологические

Степень очистки,% по нерастворимым по БПКп веществам 60–90 30–40 80–90 40–50 90 50–75 90 80–90

БПКп – биологическая потребность в кислороде. 4.3.2. Гидромеханические методы очистки сточных вод

Для очистки сточных вод от твердых примесей используются гидромеханические методы: процеживание, отстаивание, осветление, центрифугирование, фильтрование.

121

Процеживание – начальная стадия очистки сточных вод от нерастворимых примесей размером до 25 мм и волокнистых загрязнений. При этом используются решетки для крупных отходов (обломки древесины, бумага, тряпье, мусор, камни) и сита для более мелких примесей. Решетки изготовляют из металлических стержней с зазором 15–20 мм. Их устанавливают в клетках сточных вод вертикально или под углом 60–70о. Скорость движения сточных вод 0,8–1 м/с. Специальными граблями решетки очищают от накоплений, которые измельчают в специальных дробилках и снова возвращают в поток. Сита могут быть барабанными, дисковыми, ленточными. Их изготовляют из латунной или нержавеющей проволоки диаметром от 0,3 мм до 1–1,5 мм, размер ячеек от 0,3х0,3 до 5х5 мм. Скорость движения воды для плоских сит 0,2–0,4 м/с, для вращающихся – 0,8–1,2 м/с. Эффективность очистки 40–45%. Отстаивание – удаление твердых частиц размером 0,15–0,25 мм под действием сил гравитации. Аппаратура для отстаивания: песколовки, отстойники, нефтеловушки, осветители, илоуплотнители и др. Нефтеловушки соответствуют отстойникам: горизонтальным, вертикальным, радиальным, но отходы всплывают вверх. Эффективность очистки – до 60%. Пропускная способность песколовок (рис. 4.6а) 70–280 тыс. м3/сут. Скорость движения воды 0,15–0,3 м/с. Из приямка песок удаляют гидроэлеваторами или песковыми насосами. 6

8 1 2 3

7

4

а

б

5

Рис. 4.6. Горизонтальная песколовка (а) и вертикальный отстойник (б): 1 – ввод сточной воды; 2 – цилиндрическая перегородка; 3 – корпус отстойника; 4 – отражательное кольцо; 5 – сборник шлама; 6 – кольцевой водосборник; 7 – трубопровод для вывода очищенной воды; 8 – трубопровод для вывода шлама

122

В отстойнике (рис. 4.6 б) цилиндрическая перегородка 2 и отражательное кольцо 4 обеспечивают криволинейное движение сточной воды сначала вниз, а затем вверх к кольцевому водосборнику 6. Центробежные силы на повороте потока способствуют оседанию твердых частиц в сборнике шлама 5. Шлам отсасывается через трубопровод 8. Эффективность очистки 50–70%. В радиальных отстойниках сточная вода поступает снизу через патрубок с расширяющимся диаметром и движется из него в радиальном направлении. Значительное уменьшение скорости движения потока приводит к осаждению твердых частиц. Осевший шлам направляется вращающимся скребком в сборник шлама и затем периодически удаляется из аппарата. Очищенная вода выводится из отстойника через верхний трубопровод. Всплывающие примеси – нефть, масла, жиры, смолы и т.п. – удаляются из сточной воды в нефтеловушках. Их глубина 1,5–3 м, высота слоя всплывающих примесей около 0,1 м, скорость всплывания 0,15–0,6 мм/с. Эффективность очистки 60–70%. Фильтрование. Это часто заключительный процесс для удаления тонкодисперсных примесей. Обычно применяются зернистые фильтры: песок, керамзит, шлак. Их классификация: по размеру зерен: мелко- (до 0,4 мм), средне- (0,4–0,8 мм) и грубозернистые фильтры (более 0,8 мм); по производительности – медленные (0,1– 0,3 м/ч), скорые (5–12 м/ч), сверхскоростные (более 25 м/с); по напору – гравитационные (открытые), напорные (с внешним давлением); по числу слоев – одно-, двух-, трех- и многослойные фильтры. Каркасно-насыпной фильтр. Это аппарат высотой до 5 м. Он состоит: из нижнего слоя гравия, в слое которого помещен коллектор для сбора и отвода профильтрованной воды; днищаперегородки с мелкими отверстиями, опирающегося на этот слой гравия; фильтрующего слоя песка на днище с диаметром зерен 0,52 мм, слоя мелкого и затем более крупного гравия. Сточная вода подается сверху через кольцевой трубопровод с отверстиями. Высота фильтрующего слоя 0,4–2 м, слоя воды над ним – более 2 м. Скорость фильтрования 5–12 м/ч. Регенерацию фильтра осуществляют через 8–12 ч продувкой сжатого воздуха, подаваемого через трубопровод с отверстиями, размещенный под слоем песка. Затем – обратная промывка водой через коллектор отвода воды. Для отделения твердых примесей в поле действия центробежных сил также используются открытые или напорные гидроциклоны и центрифуги. Эффективность очистки до 70%.

123

Ультрафильтрация. Она используется для концентрирования и выделения относительно ценных компонентов и очистки воды от весьма токсичных веществ: цианидов, ионов хрома, никеля, меди, свинца и т.п. Установка включает два элемента: насос, для создания давления жидкости в 1–10 МПа, камеру с полупроницаемыми мембранами. Мембраны изготавливают из различных полимерных материалов (полиамиды, полиуретаны, полиакрилонитрилы, эфиры целлюлозы), пористого стекла, металлической фольги. По способу расположения мембран различают фильтрпрессы с плоско камерным фильтрующим элементом, с трубчатым и рулонным фильтрующим элементом, с мембранами в виде полых волокон. Фильтр-прессы могут быть непрерывные, периодические, прямоточные, циркуляционные. 4.3.3. Химические методы

В химических методах очистки сточных вод используются реакции нейтрализации, окисления и восстановления. Нейтрализация щелочных и особенно кислых сточных вод до pH 6,5–8,5 – наиболее распространенная и обязательная операция перед сбросом этих вод в водоемы. Используются следующие виды очистки стоков нейтрализацией. 1. Смешение между собой кислых и щелочных сточных вод. 2. Добавление к кислым растворам сточных вод щелочных реагентов: известкового молока, раствора соды: H2SO4 + Ca(OH)2 (5% СаО) = CaSО4 (осадок) + 2Н2О. 3. Фильтрация кислых сточных вод через крупнозернистые фильтры из известняка, доломита. 4. Нейтрализация щелочей кислыми дымами (CO2, SO2, NOx). Образующиеся осадки выделяются отстаиванием в шламовых болотах или аппаратах. Окисление токсичных примесей хлором, хлорной известью Са(ОСl)2, озоном, кислородом: СN– + OCl– = CNO– + Cl–; CNO– + H+ + H2O = CO2 (газ) + NН3 (газ), 2CNO– + 4OH– + 3Cl2 = 2CO2 (газ) + N2 (газ) + 6Cl– + 2H2O. Для обеззараживания воды от бактерий используют хлор и хлорсодержащие окислители. Озонирование более эффективно.

124

Озон убивает не только бактерии, но и вирусы. Он окисляет фенолы (хлор их не окисляет), нефтепродукты, сероводород, ПАВ, цианиды, пестициды. Получают его из кислорода воздуха в озонаторах – трубчатых или пластинчатых конденсаторах – в условиях коронного электрического разряда. Восстановление применяется для очистки от соединений хрома (VI), мышьяка, ртути и других металлов. В качестве восстановителей используют активированный уголь, SO2, сульфиты, соли Fe2+. Пример: восстановление примесей хрома (VI) гидросульфитом натрия при рН 3-4: 2Cr2O72– + 5H2SO4 + 6NaHSO3 = 4Cr3+ + 3Na2SO4 + 8SO42– + 8H2O. Далее Cr3+ может быть осажден щелочным раствором и отделен. Для восстановления ртути растворы ее соединений обрабатывают сероводородом, гидросульфитом натрия, сульфидом железа (II), железным порошком. 4.3.4. Физико-химические методы

Для очистки воды и сточных вод от примесей эффективны следующие физико-химические методы: коагуляция, флотация, кристаллизация, сорбция, ионообмен, экстракция, ректификация. Коагуляция (лат. coagulatio – свертывание) тонкодисперсных взвесей, эмульсий – широко используемый метод очистки воды от загрязнений. В качестве коагулянтов обычно используют 10– 17% растворы сульфатов и хлоридов алюминия (III) и железа (III) по отдельности или совместно. Коагуляция происходит за счет разряда заряженных коллоидных частиц электролитом и при соосаждении примесей вследствие их сорбции хлопьевидной, очень развитой поверхностью гидроксидов алюминия (III) и железа (III), образующихся при гидролизе. Они захватывают ионы тяжелых металлов, бактерии, гуминовые вещества. При очистке сточных вод доза коагулянта составляет от 50 до 700 мг/л, при обработке природных вод – 25–80 г/м3. Более эффективно дополнительное использование флокулянтов (лат. flocculi – клочки, хлопья) – высокомолекулярных соединений типа крахмала, белковых дрожжей, силиката натрия, полиакриламида в количестве 0,5–2 г/м3. Они позволяют ускорить осаждение хлопьев, снизить расход коагулянтов.

125

Процесс очистки воды коагуляцией слагается из следующих стадий: добавление и смешение реагентов с водой, хлопьеобразование, осаждение хлопьев, их удаление из воды. Смешение природной или сточной воды с растворами коагулянтов проводят в смесителях различного типа. Это аппараты: с дырчатыми перегородками или с отверстиями в виде проемов, вертикальные емкости с вводом смеси через нижнюю коническую часть со скоростью около 1 м/с и понижением в верхней части до 0,025 м/с, баки с механическим перемешиванием смеси лопастными или пропеллерными мешалками. Осаждение хлопьев происходит в отстойниках и осветителях. Флотация (англ. flotation – всплывание) – это увлечение всплывающими пузырьками воздуха прилипающих к ним дисперсных частиц. Затем образующуюся пену удаляют с поверхности воды. Флотацию используют для удаления из сточных вод всплывающих примесей: масел, нефтепродуктов, смол, ПАВ, полимеров. Степень очистки – до 80–95%. В зависимости от способа образования пузырьков воздуха различают несколько видов флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, биологическую, электрофлотацию и т.п. Из ряда способов чаще используются напорная и импеллерная (крыльчатая) флотация.

Рис. 4.7а. Схема установки напорной флотации: 1 – резервуар воды; 2 – напорный насос; 3 – сатуратор; 4 – флотатор

Рис. 4.7б. Схема установки флотатора: 1 – приемная камера воды; 2 – импеллер; 3 – вал; 4 – воздушная труба

126

В установке напорной (т.е. под давлением) флотации (рис. 4.7а) сточная вода с содержанием примесей до 4–5 г/л из резервуара 1 поднимается с помощью насоса 2 и вместе с засасываемым через трубопровод воздухом подается под давлением 0,15–0,4 МПа в сатуратор 3 (лат. saturatio – насыщение). В нем происходит насыщение воды воздухом, который начинает выделяться в виде пузырьков во флотаторе 4, в котором давление уменьшается до атмосферного. Всплывающие пузырьки воздуха увлекают вверх прилипающие к ним частицы примесей. Пенообразный шлам удаляется через верхний слив, очищенная вода – через нижний слив. В импеллерном (англ. impeller – рабочее колесо, крыльчатка) флотаторе (рис. 4.7б) сточная вода с содержанием примесей более 2 г/л поступает в приемную камеру 1 и по трубопроводу попадает на лопатки импеллера 2, который вращается на нижнем конце вала 3. Вал размещен в трубе 4, через который засасывается воздух. Скорость поступления воздуха, число образующихся мелких пузырьков воздуха и эффективность флотации зависят от скорости вращения импеллера, которая ограничивается разрушением хлопьев при высокой турбулентности потока. Кристаллизация. Она используется обычно тогда, когда образующиеся кристаллы пригодны для использования в производственных целях. Ее варианты: а) кристаллизация с охлаждением раствора; охладитель обычно вода, реже воздух; б) кристаллизация с частичным удалением растворителя испарением или вымораживанием; в) комбинированная кристаллизация. Пример 1. Вакуум-кристаллизация. Это прогрессивный метод. При создании вакуума в аппарате раствор, обычно сначала горячий, начинает кипеть и охлаждаться. Испарение и особенно охлаждение приводит к кристаллизации примесей из пересыщенного раствора. Пример 2. Испарение части растворителя путем пропускания через раствор воздуха. При испарении воды идет охлаждение раствора. Аппаратура для кристаллизации: выпарные аппаратыкристаллизаторы, вакуумные кристаллизаторы и емкости с охлаждением раствора: вертикальные аппараты со змеевиком, башенные градильни с разбрызгиванием горячего раствора. Последние наиболее просты, производительны, энергоэкономны.

127

Адсорбция. Она используется для глубокой очистки сточных вод от органических веществ, фенолов, гербицидов, ПАВ, пестицидов, красителей. Эффективность очистки зависит от химической природы и структуры адсорбента и адсорбируемых примесей и достигает 80–95%. Адсорбенты: активированный уголь, силикагель, шлаки, торф. Требования к адсорбентам: гидрофильность (смачиваемость водой), устойчивость к истиранию, высокая адсорбционная емкость при небольшой удерживающей способности (возможность регенерации), низкая стоимость и т.п. Наиболее широко используются различные марки активированного угля: порошкообразного – с размером частиц менее 0,25 мм и гранулированного – более 1 мм. Адсорбция проводится фронтальным способом в статических или динамических условиях. При статической адсорбции жидкость движется вместе с частицами сорбента, обычно активированного угля, размером 0,1 мм и менее. Происходит интенсивное перемешивание. Для более эффективной очистки сточной воды от примесей используют многоступенчатые установки или с последовательным введением свежего, дешевого адсорбента в каждую ступень и вывода из нее отработанного адсорбента, или с противоточным введением более дорогого адсорбента, начиная с последней ступени. Последний процесс иллюстрирует рисунок 4.8. Свежий адсорбент Сточная вода

Очищенная вода

1

1

1

2

2

Отработанный адсорбент

Адсорбент

4

2 Адсорбент

3

4

3

Рис. 4.8. Схема противоточной адсорбционной установки: 1 – смесители; 2 – отстойники; 3 – приемники адсорбента; 4 – насосы

128

При динамической адсорбции используется противоточное движение: сточная вода подается снизу в колонну, заполненную сорбентом высотой 1–2 м. Размеры частиц абсорбента 0,8–5 мм. Скорость фильтрования воды 5-20 см/мин (3–12 м/ч). Процесс ведут до проскока загрязнений, после чего воду подают в другую колонку. В первой колонне проводят регенерацию сорбента (угля), обычно обрабатывая его перегретым водяным паром (200–300 оС) или экстрагируя примеси органическим растворителем. Реже для регенерации сорбента используют деструктивные методы: термические (500–1000 оС), окисление хлором, озоном. Ионный обмен. Его применяют для глубокой очистки прозрачных сточных вод, содержащих до 3–4 г/л солей, от ионов цветных и тяжелых металлов, цианидов, мышьяка, радиоактивных веществ. Иониты – твердые вещества (с матрицей R), содержащие на своей поверхности функциональные группы, способные к ионизации и обмену образующихся ионов на ионы раствора. Типы реакций ионного обмена а) катионный обмен: RSO3H + Na+ ↔ RSO3Na + H+; б) анионный обмен: ROH + Cl– ↔ RCl + OH–. Катиониты – иониты, которые обладают кислотными свойствами и способны обменивать свои катионы, обычно Н+ (в Н-форме), на катионы электролита. Аниониты. Они обладают щелочными свойствами и обменивают свои анионы, обычно ОН– (в ОН-форме), на анионы электролита. Иониты могут быть природными и искусственными. Это алюминаты, цеолиты (полевые шпаты), гидроксиды, силикагели, пермутиты, сульфоугли. Наибольшее применение находят органические искусственные материалы – ионообменные смолы. Их классифицируют следующим образом: а) сильнокислотные катиониты; содержат сульфогруппы SO3H или группы РО(ОН)2; б) слабокислотные катиониты; содержат карбоксильные и фенольные группы C2Н5OH; в) сильноосновные аниониты, содержат четвертичные аммонийные основания NR3OH; г) слабоосновные аниониты; содержат первичные NH2 и вторичные аминогруппы NH;

129

д) смешанные иониты, проявляют свойства смеси кислот и оснований разной силы. В нашей стране наиболее известны катионные сульфоугли СМ и СК, катиониты КУ-1, КУ-2, КБ, КФ; аниониты АН-2ФН, АН-18-8, АВ-17-8 и др. Их выпускают в виде зерен диаметром ∼1 мм. Поглощающая способность ионитов характеризуется обменной емкостью – числом эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита. Различают полную, статическую и динамическую обменную емкость. Полная обменная емкость – это количество вещества, поглощенного до полного насыщения ионита. Статическая (равновесная) емкость – количество вещества, поглощенного ионитом в данных рабочих условиях. Динамическая емкость – это емкость ионита до «проскока» ионов в фильтрат. Она минимальна. Аппаратура ионного обмена. Как правило, это цилиндрическая пластмассовая колонна высотой 1,5–3 м, заполненная ионитом. В аппаратах периодического действия очищаемая вода обычно подается сверху со скоростью 15–40 см/мин. В аппаратах непрерывного действия очищаемая вода подается снизу, а ионит – сверху. При этом ионит находится во взвешанном состоянии, что увеличивает эффективность очистки и уменьшает затраты. Регенерация катионитов, т.е. обратный их перевод в Н-форму, осуществляется промывкой 5–10% раствором сильных кислот: HCl или H2SO4. Регенерация в натриевую форму (Na-форма) – промывка концентрированным раствором NaCl. Аниониты переводят в ОН-форму их промывкой 2–6% раствором NaOH, Na2CO3, а в хлоридную форму (Cl-форма) – 2–6% раствором NaCl. Экстракция (лат. extrahere – извлечение) – это извлечение обычно органической жидкостью компонентов твердого вещества или другой жидкости, несмешивающейся с первой. Она применяется для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, анилин, тяжелые металлы в повышенной концентрации примесей: 3–4 г/л и более. Эффективность извлечения фенолов достигает 90–98%. Экстракционная очистка состоит из следующих стадий: смешение сточной воды с органическим экстрагентом, разделение образующихся фаз, регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Терминология экстракции. Экстрагент – органический растворитель или раствор, содержащий экстракционный реагент,

130

извлекающий нужный компонент из другой фазы. Экстракционный реагент – вещество, которое образует с извлекаемым компонентом соединение, способное растворяться в органической фазе. Экстракт – органическая фаза, содержащая извлеченный компонент. Рафинат (фр. raffiner – очищать) – водной раствор, оставшийся после экстракции. Экстрагенты. В качестве экстрагентов используются эфиры (бутилацетиловый, диизопропиловый), спирты, CCl4, бензол, толуол, хлорбензол, трибутилфосфат в керосине и др. При выборе экстрагентов учитывают следующее: – избирательность к извлекаемому компоненту, коэффициент распределения; нерастворимость и несмешиваемость с водой, различие с ней в плотности; – вязкость, летучесть; простоту и легкость реэкстракции извлекаемого компонента; токсичность, воспламеняемость; химическую и радиационную устойчивость; – возможность регенерации экстрагента; низкую стоимость. При очистке сточных вод обычно используют ступенчатопротивоточную экстракцию в ряде аппаратов (рис. 4.9а) и непрерывно-противоточную экстракцию в одном аппарате (рис. 4.9б). Насадками служат кольца Рашига, блочные структуры из керамики, пластмассы. Тяжелая фаза – обычно сточная вода.

1

1

1

Сточная вода

Тяжелая фаза

Свежий экстрагент

Легкая фаза Насадка

2

2

2 Очищенная вода

Отработанный

экстрагент

а

Тяжелая фаза

Легкая фаза

б

Рис. 4.9а. Схема противоточной ступенчатой экстракции: 1 – смесительные камеры; 2 – отстойники

131

Рис. 4.9б. Схема противоточной непрерывной экстракции

Расчет конечной концентрации экстрагируемой примеси С к:

Ск = Сн /(1 + bКр)n,

(4.12)

Здесь Сн – начальная концентрация извлекаемой примеси в воде; n – число ступеней экстракции; b = V/Q – удельный расход экстрагента, V – его объем, Q – объем воды; Кр – коэффициент распределения, Кр= Сэ / Св, где Сэ и Св – концентрация извлекаемой примеси в экстрагенте и в воде. Регенерацию растворителя из экстракта обычно осуществляют ректификацией, из очищенной воды – путем отгонки острым паром в насадочной колонне. Перегонка и ректификация. Их включают в состав технологических схем основных производств и применяют, когда необходимо практически полное выделение из сточных вод малых концентраций примесей, обычно растворенных органических жидкостей. Выделенные вещества, как правило, используются снова в технологическом процессе. Виды перегонок: простая, с водяным паром, азеотропная. Простую перегонку проводят путем постепенного испарения сточной воды в перегонном кубе с конденсацией дистиллята в холодильнике. Ее применяют для очистки сточных вод от примесей, кипящих ниже 100 оС: ацетон, метиловый спирт и т.п. Перегонка острым паром, т.е. непосредственное введение его или воздуха, азота или других газов в сточную воду, позволяет упростить конструкцию аппаратов, снизить расход тепла. Азеотропная отгонка нераздельно кипящих смесей воды с органическими веществами (бензол, толуол, хлороформ, CCl4, бутилацетат и др.) происходит при температуре ниже температуры кипения воды. Отгонка ведется в насадочной колонне, в нижнюю часть которой подается острый водяной пар. Затем в отстойнике-сепараторе конденсат органического вещества отделяется от водяного конденсата. Ректификация (лат. rectificare – исправлять, очищать) – способ разделения и очистки легко кипящих жидкостей путем многократного их нагрева до кипения и конденсации. Виды ректификации: простая, азеотропная и пароциркуляционная. Простую ректификацию проводят в ректификационных колоннах тарельчатого или насадочного типа. Сточная вода подается на верхнюю тарелку (или насадку) и с нижней тарелки поступает в кипятильник. В нем при кипячении образуется поток паров, кото-

132

рые, проходя через колонну, увлекают пары органических примесей (бензол, хлорбензол, бутилацетат и др.) в верхнюю часть колонны. Затем пары поступают в конденсатор. Очищенная вода из кипятильника (кубовый остаток) отводится как конечный продукт. Пароциркуляционная ректификация, или эвапорация (лат. evaporatio – выпаривание), сточных вод проводится в ректификационных колонках с использованием циркулирующего водяного пара. Основой этого метода очистки является разное распределение примесей между жидкой и паровой фазами. Она применяется для отгонки из сточных вод органических веществ, являющихся слабыми электролитами: крезолы, нафтолы, карбоновые кислоты, фенолы. Эффективность извлечения фенолов составляет 85–92%. Эвапорация проводится в колоннах, которые делятся на эвапорационную (нижнюю) часть, где происходит очистка сточных вод, и поглотительную (верхнюю) часть, где идет регенерация пара. Сточная вода подается не сверху, а на эвапорационную часть колонны и стекает по насадке в приемник очищенной воды. Снизу колонны подается острый пар, который нагревает сточную воду до 100 оС. Пары примесей вместе с паром проходят в верхнюю часть колонны через нагретый примерно до100 оС поглотитель, в котором из пара удаляются летучие примеси (регенерация пара). Очищенный пар снова направляется в колонну для очистки сточных вод. 4.3.5. Электрохимические методы

Основы электрохимических методов. Для проведения электрохимических процессов используют электролизеры. В простейшем виде это два электрода (электронные проводники), погруженные в раствор электролита (ионный проводник), который находится в ванне. Через электроды пропускают обычно постоянный ток. На катоде, т.е. электроде, подсоединенном к отрицательному полюсу источника напряжения, протекают процессы электрохимического восстановления положительно заряженных ионов раствора, т.е. катионов. На инертном аноде, т. е. электроде, подсоединенном к положительному полюсу источника напряжения, протекают процессы электрохимического окисления отрицательно заряженных ионов раствора, т.е. анионов. На растворимом аноде происходит окисление материала анода с переходом его растворимых

133

соединений в раствор. Процессы электрохимического восстановления и окисления количественно описываются известным законом Фарадея. В зависимости от природы электрохимических процессов, используемых для удаления примесей из сточных вод, различают методы электрохимического окисления и восстановления, электрокоагуляции и флотации, электродиализа. Электрохимическое окисление и восстановление. Методы электролиза применяют при небольших расходах сточных вод, содержащих повышенные концентрации примесей. Минимальная концентрация солей должна быть не менее 0,5 г/л, чтобы электропроводность сточной воды была достаточной для электролиза. Анодным окислением можно очищать сточные воды от цианидов, аминов, альдегидов, сульфидов, меркаптанов, красителей, нитросоединений, превращая их в СО2, воду, азот, аммиак. Катодным восстановлением можно удалять ионы тяжелых металлов: свинца, ртути, меди, мышьяка, хрома и т. п. В качестве анодов применяют нерастворимые материалы: графит, магнетит, титан. Катоды: легированная сталь, сплавы железа, свинца, цинка. Для разделения катодного и анодного пространства применяют керамические, полиэтиленовые, стеклянные диафрагмы. Электропроводность раствора увеличивают добавлением 5–10 г/л NaCl. Анодная плотность тока составляет 100–150 А/м2, межэлектродное пространство – 3 см. Эффективность очистки – до 80–100%. Электрокоагуляция и электрофлотация. В этом методе используют растворимые аноды из железа (стали), алюминия, которые при анодном окислении образуют ионы Fe3+ и Al3+. Катионы железа и алюминия: а) коагулируют заряженные коллоиды, б) образуют в воде гидроксиды железа или алюминия в виде хлопьев, в) способствуют соосаждению примесей на них. Если напряжение на электролизере достаточно для параллельного разложения воды, то пузырьки газов водорода H2 и кислорода O2, образующиеся при электролизе на катоде и аноде, будут обеспечивать флотацию примесей. Такие электролизеры с растворимыми электродами называют электрокоагуляционно-флотационными. Электроды в электролизерах располагают в виде набора пластин с расстоянием между ними для стальных электродов 5–10 мм, для алюминиевых – 12–15 мм. Анодная плотность тока 150–250 А/м2

134

для стальных электродов и 80–120 А/м2 для алюминиевых электродов. Скорость движения воды между электродами от 0,03 до 0,5 м/с. По направлению движения воды и флотирующихся газов электрофлотаторы разделяют на прямо- и противоточные, по расположению электродов – на горизонтальные и вертикальные. Электрокоагуляцию с алюминиевыми анодами применяют для обработки сточных вод, содержащих эмульсии масел, жиров и нефтепродуктов с начальной концентрацией не более 10 г/л. Эффективность очистки от масел 55–70%, от жиров до 92–99%. Стальные электроды используют для электрокоагуляции хроматов, тяжелых металлов, фосфатов, полимеров. Электродиализ (гр. dialysis – отделение). При электродиализе разделение ионов раствора М+ и Х– происходит под воздействием разности концентраций частиц и разности потенциалов, создаваемой в электродиализаторе по обе стороны мембран. Простейший электродиализатор представляет собой ванну, разделенную на три камеры двумя диафрагмами или мембранами (рис. 4.10).

Анод +

О2

1

М+

Х–

.– .

Н 2 – Катод

2

ОН–

М+

Х–

Н+

Рис. 4.10. Схема электродиализатора: 1 – анионитовая мембрана; 2 – катионитовая мембрана

В качестве диафрагм используют инертные пористые природные и синтетические материалы: асбест, стеклоткань, полихлорвиниловую ткань и др. В качестве мембран применяют иониты. От средней камеры анионитовая мембрана 1 отделяет камеру с анодом, а катионитовая 2 – камеру с катодом.

135

При пропускании через электродиализатор постоянного тока на аноде происходит окисление анионов, обычно ОН–, или выделение кислорода при разложении воды: 2ОН– → О2↑ + 2Н+ + 4е– ; 2Н2О → О2↑ + 4Н+ + 4е–. Образующиеся катионы водорода Н+ не могут переходить через анионитовую мембрану в среднюю камеру. Они увеличивают кислотность в анодной камере. Уменьшение концентрации анионов по сравнению с концентрацией катионов ведет к росту разности потенциала и концентрации анионов между анодной и средней камерой. Это увеличивает скорость перехода анионов Х– из средней камеры в анодную камеру через анионитовую мембрану или диафрагму. Аналогичное явление, но противоположное по знаку, наблюдается в катодной камере, где происходит катодное восстановление катионов водорода или воды: 2Н+ + 2е– → Н2↑; 2Н2О + 2е– → Н2↑ + 2ОН–. Раствор в катодной камере обогащается ОН–-ионами, возрастает его рН, дефицит катионов, разность потенциалов. Ускоряется переход катионов М+ из средней камеры в катодную. Таким образом, при пропускании через электродиализатор постоянного тока анионы Х– из средней камеры переходят в анодную, а катионы М+ – в катодную камеру, практически до полного их удаления. Применение ионитовых мембран позволяет создавать в анодной камере кислую среду, а в катодной – щелочную. Диафрагмы же не мешают переходу Н+-ионов из анодной камеры и ОН–-ионов из катодной камеры в среднюю камеру. В ней они взаимодействуют, образуя воду. Поэтому рН в камерах практически не изменяется. Аноды и катоды изготавливают из инертных материалов: графита, магнетита, платинированного титана. Число камер в электродиализаторах достигает 100-200. На снижение содержания солей с 250 до 5 мг/л расходуется 7 кВт⋅ч/м3. 4.3.5. Биохимические методы

Они применяются для очистки бытовых и производственных сточных вод от органических веществ, а также от сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества на обеспе-

136

чение своей жизнедеятельности. Очистка осуществляется сообществом множества различных бактерий, простейших, а также грибов, водорослей, которые образуют биологически активный ил. Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки. Аэробные методы основаны на использовании аэробных групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток воздуха. Анаэробные биохимические процессы протекают без доступа кислорода. Их используют для обработки осадков. Оптимальная температура очистки 20–40 °С. Достоинства биохимической очистки: можно удалять из сточных вод широкий спектр органических и некоторые неорганические вещества, простота аппаратуры, низкие эксплуатационные затраты, возможна высокая степень очистки. Недостатки метода: высокие капитальные затраты (огромные сооружения), необходимость точного соблюдения технологического режима очистки, разбавления сточных вод из-за высокой концентрации примесей, возможно наличие примесей, отравляющих микроорганизмы. Механизм процесса очистки микроорганизмами веществ из сточных вод условно делят на три стадии: массопередачу вещества из жидкости к поверхности клетки путем конвенции воды и диффузией примесей; диффузию вещества примеси через оболочку клетки микроорганизма вследствие градиента концентрации; процесс превращения вещества в клетке (метаболизм) с выделением энергии и синтезом нового клеточного вещества. Скорость массопередачи определяется законами диффузии и гидродинамики. Вихревое движение потока разрушает хлопья активного ила на мелкие колонии микробов и приводит к быстрому обновлению поверхности их раздела со средой. Скорость биохимических превращений в клетке, их последовательность определяется ферментами. Синтез новых белковых веществ (анаболические превращения) протекает с затратой энергии Q, например: C6H4O2 + NH3 + O2 + (ферменты) → C5H7NO2 + CO2 – Q. Биохимическое аэробное окисление органического вещества клетки (катаболизм) или сточной воды сопровождается потреблением кислорода и выделением энергии Q: C5H7NO2 + 5O2 + (ферменты) → 5CO2 + NH3 + 2H2O + Q.

137

Условия биохимической очистки. На эффективность биохимической очистки сточной воды оказывают влияние следующие факторы: равномерность поступления сточной воды, концентрация в ней примесей, наличие кислорода в воде, ее температура, рН, перемешивание воды, присутствие в воде примесей, токсичных для микроорганизмов, концентрация биомассы. Снабжение сооружений биохимической очистки кислородом воздуха должно быть непрерывным и в таком количестве, чтобы в очищенной воде содержание кислорода было не менее 2 мг/л. Оптимальная температура для аэробных процессов 20–30 °С, хотя отдельные бактерии выдерживают температуру от –8 до 85 °С. Оптимальная реакция среды – нейтральная (рН около 6,5). Количество взвешенных частиц для биологических фильтров должно быть не более 100 мг/л. Оптимальное количество микроорганизмов в виде активного ила 2–4 г/л. Наиболее эффективен молодой активный ил возраста 2–3 суток. Регенерация активности ила: его аэрация в отсутствие питательных веществ. Для жизнеобеспечения микроорганизмов, очищающих сточные воды, необходимо наличие в ней достаточного количества соединений углерода, азота, фосфора. Однако соединения ртути, свинца, сурьмы, серебра, хрома, кобальта являются клеточными ядами. Их концентрация должна быть ниже ПДК для микроорганизмов. Технология биохимической очистки. Аэробную очистку проводят в естественных условиях и в искусственных сооружениях. Естественные условия: поля орошения и фильтрации, биологические пруды. Поля орошения – это сельскохозяйственные угодья, предназначенные для очистки сточных вод и одновременного выращивания растений. На полях фильтрации растения не выращивают. Обычно это резервные участки типа прудов для принятия сточных вод. На полях орошения очистка сточных вод основана на воздействии микрофлоры почвы, воздуха, солнца и жизнедеятельности растений. Солей в стоках должно быть меньше 4–6 г/л. Сточные воды подаются на поля орошения в летний период через 5 дней. Биологические пруды – искусственные водоемы глубиной 0,5–1 м, хорошо прогреваемые солнцем и заселенные водными организмами. Они могут быть проточные (серийные или каскадные) и

138

непроточные. Время пребывания воды в прудах с естественной аэрацией от 7 до 60 суток, с искусственной – 1–3 суток. В последних ступенях каскадных прудов разводят рыбу, что позволяет избежать образования ряски. В непроточных прудах сточная вода подается после ее отстаивания и разбавления. Продолжительность очистки – 20–30 суток. Достоинства биологических прудов – невысокая стоимость строительства и эксплуатации. Недостатки: сезонность работы, большая площадь, низкая окислительная способность, трудность чистки. Биохимическая очистка в биофильтрах. Биофильтры – это большие круглые или прямоугольные сооружения из железобетона или кирпича, загруженные фильтрующим материалом, на поверхности которого выращивается биопленка. Аэрация их может быть естественной и искусственной. По типу загрузки материала биофильтры делятся на две группы: с объемной (зернистой) и плоской загрузкой. Объемная загрузка: гравий, щебень, галька, шлак, керамзит, кольца, кубы, шары. Плоская загрузка: металлические, тканевые и пластмассовые сетки, решетки, гофрированные листы, пленки. Биофильтры с объемной загрузкой могут быть трех типов: капельные, высоконагружаемые, башенные. Капельные биофильтры наиболее просты, загружаются мелким материалом высотой 1–2 м, имеют производительность до 1000 м3/сутки и обладают высокой степенью очистки. Высоконагружаемые биофильтры заполняют крупным материалом высотой 2–4 м. Высота загрузки башенных биофильтров – 8–16 м, производительность до 50 тыс. м3/сутки. Применение находят также биофильтры с плоской загрузкой, обладающие более высокой окислительной способностью, погружные (дисковые) биофильтры и биотенк-биофильтры. В них в шахматном порядке по горизонтали и вертикали размещены лотки в виде блюдец, которые сверху заполняются сточной водой до их переполнения и перелива избытка воды. Снаружи лотков образуется активная биопленка. Она обеспечивает высокую эффективность очистки воды. Недостатки биофильтров: заиливание фильтров, снижение их окислительной способности, появление неприятных запахов. Биохимическая очистка в аэротенках. Аэротенки – крупные 1 500–15 000 м3 железобетонные сооружения глубиной 3–6 м

139

со свободно плавающим в воде активным илом, бионаселение которого использует загрязнения сточных вод для своей жизнедеятельности. Объем сточных вод, очищаемых при использовании аэротенков, весьма большой: от нескольких сот до миллионов кубических метров в сутки. Классификация аэротенков. Ее показатели: ƒ конструкция: круглые, прямоугольные, шахтные, комбинированные, фильтротенки, флототенки; ƒ режим сточных вод: проточные, полупроточные, капитальные, с переменным уровнем; ƒ структура потока: аэротенки-вытеснители, аэротенкисмесители, аэротенки с рассредоточенной подачей сточной воды, окситенки (рис. 4.11); ƒ аэрация: пневматическая, комбинированная гидродинамическая, пневмомеханическая; ƒ способ регенерации активного ила: в отдельном аппарате, в совмещенном аппарате; ƒ число ступеней: одно-, двух-, многоступенчатые; ƒ нагрузка на активный ил: высокая, обычная, низкая. В аэротенках-вытеснителях (рис. 4.11а) нагрузка загрязнений на ил максимальна в начале и минимальна в конце процесса. Их длина достигает 50–150 м, объем от 1,5 до 30 тыс. м3. Аэротенки-смесители (рис. 4.11б) наиболее пригодны для очистки концентрированных производственных сточных вод (БПКп до 1 г/л) при значительных колебаниях их расхода и концентрации загрязнения. Их недостаток – высокая остаточная концентрация примесей в очищенной воде. Сточная вода

Сточная вода Иловая смесь

Активный ил

Активный ил

Сточная вода Активный ил

Иловая смесь

Иловая смесь

а

б

в

Рис. 4.11. Схемы аэротенка-вытеснителя (а), аэротенка-смесителя (б), аэротенка с рассредоточенной подачей сточной воды (в)

140

В аэротенках с равномерной подачей сточной воды нагрузка на ил по его длине равномерно уменьшается (рис. 4.11в). Они используются для очистки смесей промышленных и городских стоков. В окситенках вместо воздуха применяется технический кислород. Это позволяет увеличить в 5–10 раз окислительную способность процесса, повысить дозы активного ила до 6–10 г/л. Важный фактор биологического окисления примесей – кислород. При механической аэрации воду с илом перемешивают мешалками, турбинками, щетками и т. п. Пневматическую аэрацию в зависимости от размера пузырьков воздуха подразделяют на три вида: мелкие пузыри (1–4 мм) при подаче воздуха в аэротенк под давлением через керамические или пластинчатые диффузоры; средние пузыри (5–10 мм) – подача воздуха через перфорированные трубы, щелевые устройства; крупные пузыри (>10 мм) – подача воздуха через сопла, трубы.

Сточная вода

1

Иловая смесь

2

Очищенная вода

Возвратный Активный ил ил 4 3 Избыточный ил

Рис. 4. 12. Технологическая схема очистки сточных вод в азротенке с регенерацией ила: 1 – аэротенк; 2 – отстойник; 3 – насосная станция; 4 – регенератор ила

На рисунке 4.12 приведена технологическая схема аэротенка с регенерацией ила. Сточная вода подается в аэротенк 1, где обрабатывается активным илом. Смесь воды с илом поступает в отстойник 2, из которого после отстоя через верхнюю часть выводится очищенная вода, а через донное отверстие – отстоянный ил. Из насосной станции 3 часть ила через его регенератор 4 возвращается в аэротенк, а избыточного часть ила отправляется на переработку в метантенк. При высокой исходной концентрации органических примесей в воде (БПКп > 0,15 г/л) используют двухступенчатую очистку с окислением 50–70% примесей на первой ступени.

141

4.3.7. Переработка водных суспензий (пульп)

Осадки сточных вод представляют полидисперсные водные суспензии – пульпы, которые обычно содержат 1–10% твердой тонко измельченной фазы. Стадии переработки пульп, образующихся при очистке сточных вод: сгущение или уплотнение, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание с последующей их утилизацией, обезвреживанием или ликвидацией. Для уплотнения пульп используют методы гравитации, флотации, фильтрации. При этом удаляется около 60% излишней воды и масса осадка уменьшается в 2,5 раза. Гравитационное уплотнение проводят в вертикальных или радиальных отстойниках в течение 4–24 час. Стабилизация осадков используется для биологического разрушения органического вещества на метан, СО2 и воду, чтобы в последующем избежать загнивания осадков. Для этого применяют стабилизацию в аэробных (∼ 20 оС, 8–11 суток) и анаэробных условиях. Анаэробная стабилизация пульп. Анаэробное брожение наиболее часто используют для предварительной очистки концентрированных сточных вод (навоза) и переработки их осадков. Его виды различают по конечному продукту: спиртовое, молочнокислое, метановое брожение, когда выделяется соответственно спирт, кислота, метан и газы: СО2, Н2. Для получения биогаза обычно используют метановое брожение, в котором из многих стадий различают: а) стадию расщепления сложных органических веществ, в частности целлюлозы, с образованием органических кислот, а также спиртов, ацетона, H2S, CO2 и др.; при этом вода подкисляется до рН около 6; б) разрушение кислот метановыми бактериями до метана и СО2. В среднем степень распада органических соединений составляет 40%. Из 1 т сухого вещества навоза или помета получается 450–650 м3 биогаза. При сбраживании выделяются газы со средним содержанием 60–70% метана, остальное – в основном диоксид углерода. Его теплотворная способность 20–25 мДж/кг. Процессы сбраживания обычно ведут в две ступени, последовательно в двух метантенках: сначала в термофильных (50–55 °С), а затем в мезофильных условиях (около 35 °С). Часть

142

осадка из второго метантенка возвращается в первый, где обеспечивается хорошее перемешивание. Метантенки – это герметически закрытые железобетонные резервуары с коническим днищем, диаметром до 20 м и полезным объемом до 4000 м3. Шлам

7

Вода

10

4

5 6

Горячая вода 2 1 Стоки

Биогаз Биогаз 8

3 Шлам 9

Рис. 4.13. Схема установки для получения биогаза

На рисунке 4.13 приведена схема установки для получения биогаза. Органические стоки, обычно жидкий навоз, поступают в приемник-теплообменник 1, где подогреваются нагретым шламом, подаваемым по трубе-теплообменнику насосом 9 из метантенка 3, и разбавляются горячей водой. Дополнительное разбавление стоков горячей водой и подогрев до нужной температуры проводится в аппарате 2. Сюда же для создания нужного соотношения С/N подаются отходы полеводства. Биогаз, образующийся в метантенке 3, частично сжигается в нагревателе воды 4, и продукты горения выводятся через трубу 5. Остальная часть биогаза проходит через устройство очистки 6, сжимается компрессором 7 и поступает в газгольдер 8. Шлам из аппарата 1 поступает в теплообменник 10, где дополнительно охлаждаясь подогревает холодную воду. Шлам представляет собой обеззараженное высокоэффективное естественное удобрение, способное заменить 3–4 т минерального удобрения типа нитрофоски.

143

Кондиционирование осадков – это изменение структуры и формы связи воды в осадке, благодаря чему он полнее обезвоживается. Для ускорения процесса применяют коагуляцию растворами хлорного железа, извести, путем смешения различных видов осадков, что составляет до 40% затрат на обработку осадков. Более экономичны безреагентные методы: нагревание до 80–90 оС, замораживание с оттаиванием, электрокоагуляция. Обезвоживание проводят на иловых площадках и механическим способом – на фильтрах разной конструкции и центрифугах. Широко применяются вакуум-фильтры. Термическая обработка осадков – это их сушка топочными газами, перегретым паром, горячим воздухом. Наиболее часто используются дымовые газы с температурой 500–800 оС. 4.4. Очистка суши от загрязнений 4.4.1. Общие сведения

Суша – часть биолитосферы, не покрытая водой. Остальная часть биолитосферы находится под водой океанов, морей, водоемов. Загрязнение объектов суши (почвы, растительности, строений, недр) возможно газами, аэрозолями, пылевидными, жидкими и твердыми веществами. Источники загрязнения: выбросы теплоэлектростанций, других предприятий и заводов, выхлопные газы автомашин, кислотные дожди, поливные воды, вносимые в почву пестициды и излишние удобрения, отходы производства и жизнедеятельности людей. Примеры загрязнения суши приведены в п. 2.3.4. 4.4.2. Охрана почв от загрязнений

Различают два вида вредного воздействия на почву: ее засоление и загрязнение. Засоление почвы. Оно происходит через неглубокие грунтовые воды с высоким содержанием солей. В засушливых местностях такие воды поднимаются по капиллярам к поверхностным слоям почвы и испаряются. Другой вариант – засоление почв при орошении, когда соленые грунтовые воды поступают в поливные воды через грунт каналов и арыков.

144

Мероприятия по предотвращению засоления почв: вертикальная машинная откачка (дренаж) грунтовых вод, гидроизоляция каналов полимерными пленками, промывка почвы. Городские земли загрязняются поваренной солью, которой зимой посыпают дороги. От этого страдают и гибнут зеленые насаждения, загрязняются ближайшие водоемы. Недопустимость такой обработки дорог очевидна. Она наглядный пример экологической безграмотности городских властей, их пренебрежения к охране природной среды. Загрязнение почвы. Почвы могут загрязняться пестицидами, токсикантами, патогенными бактериями. Особенность загрязнения почвы – способность накапливать поступающие в нее загрязнения. Это отличает ее от подвижных вод гидросферы. Применение пестицидов позволяет на 10-40% снизить потери урожая от вредителей, болезней, сорняков и повысить урожайность. Мировое производство пестицидов составляет более 2 млн т, в России – около 150 тыс. т. Основные требования к пестицидам: низкая токсичность для полезных организмов почвы и водоемов; достаточно быстрое разложение в почве и воде с образованием продуктов, безопасных для полезных организмов и человека; максимально высокая эффективность против вредных организмов при минимальных нормах расхода; высокая экономическая эффективность использования; безопасная и удобная форма применения. Но неумеренное их использование приводит к гибели полезных живых организмов, загрязнению почвы и вод. Загрязнение почвы токсичными веществами на расстоянии в десятки километров происходит преимущественно вокруг больших городов и крупных предприятий металлургии, нефтехимии, угледобычи, машиностроения при попадании в почву выбросов, сбросов, отходов. Помимо кислотных осадков основными токсикантами – загрязнителями почвы являются свинец (до 80 ПДК), медь (до 10 ПДК), нефть (в десятки раз) и др. Почва вдоль дорог загрязняется свинцом, 3,4-бензпиреном. Допустимые нормы загрязнения почвы веществами приведены в таблицах 4.4 и 4.5. Биологическое загрязнение почвы связано с обитанием в ней болезнетворных микроорганизмов: палочек сибирской язвы, столбняка, ботулизма, газовой гангрены, дизентерии, холеры, тифа, чумы, ящура, бруцеллеза и др. Их источники: недостаточно обезвреженные твердые и жидкие отходы жилых помещений, учреждений

145

здравоохранения, выбросы животноводческих комплексов, боен, биофабрик, скотомогильники. Некоторые эти загрязнения в почве погибают сравнительно быстро. Другие из них живут довольно долго. Так, возбудители туляремии сохраняются от нескольких суток до двух месяцев, тифа, паратифа, холеры – до трех месяцев, бруцеллеза, энтеровирусы – до пяти месяцев. Таблица 4.4 Предельно допустимые концентрации ряда пестицидов в почве

Пестицид Прометрин

ПДК, ДОК в расмг/кг тительных почвы продуктах 0,5

0,1-0,25

Хлорамп

–

0,05

Хлорофос

0,5

1,0

Карбофос

2,0

1,0-3,0

Пестицид Полихлорпинен ГХЦГ – гексациклогексан Гамма-изомер гексахлорана Полихлоркампен

ПДК, ДОК в растимг/кг тельных почвы продуктах 0,5

Не допускается

1,0

1.0

1,0

2,0

0,5

0,1

ДОК – допустимая ориентировочная концентрация. Таблица 4.5 Предельно допустимые концентрации веществ в почве Вещество Бензпирен Бензин Бензол Карбофос Ксилолы Мышьяк Нитраты

ПДК, мг/кг 0,02 0,1 0,3 2 0,3 2 130

Вещество Ртуть Свинец Сера Серная кислота Сероводород Стирол Суперфосфат

ПДК, мг/кг 2,1 32 160 160 0,4 0,1 200

Вещество Сурьма Толуол Формальдегид Хлорофос Хлорид калия Медь подвижная

ПДК, мг/кг 4,5 0,3 7 0,5 560 3

Мероприятия по охране почвы от загрязнений. Очистка почвы от загрязнений с использованием физико-химических и химических методов, которые используются для очистки сточных вод и воздуха, практически невозможна. Поэтому главным способом

146

охраны почв от загрязнений является предотвращение их попадания в почву. Это комплекс следующих предупредительных мероприятий: ƒ грамотное применение пестицидов, исключающее загрязнение почвы: правильный выбор дозы, сроков и способов внесения, использование новых, более безвредных и эффективных пестицидов; ƒ снижение количества вредных веществ, особенно токсичных пестицидов, попадающих в почву при их транспортировке, хранении, применении; ƒ обезвреживание сбросов и отходов, загрязненных патогенными микробами; ƒ контроль уровня загрязнений почвы и продуктов, производимых на ней. В России прекращено производство и запрещено применение ряда весьма ядовитых веществ и препаратов, например, таких как анабазин сульфат, арсенит кальция, кильваль, циан плав, метафос, полихлорбутан, цирам, а также стойких в течение длительного времени пестицидов: ДДТ, полидофен, полихлорпинен и др. Запрещается: применение всех пестицидов на расстоянии менее 300 м от акватории водоемов, а для склонов – менее 500 м; авиахимическое распыление пестицидов на участках, расположенных ближе 1 км от населенных пунктов; обработка стойкими и высоко кумулятивными пестицидами (ГХЦГ – гексахлорциклогексан, полихлоркафен и др.) полей, лугов для выпаса скота и заготовки кормов. Основной способ очистки загрязненных почв – вывод их из продуктивного оборота на время, пока дожди, газы воздуха и организмы почвы не разрушат, не растворят и не унесут загрязняющие вещества. Но он длителен (годы) и нерентабелен. 4.4.3. Утилизация и переработка твердых отходов

Отходы производства и потребления – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, которые образовались в процессе производства или потребления, а также продукция, утратившая свои потребительские свойства. Твердые отходы делят на три группы. Промышленные отходы: отвалы, шлаки, шламы, зола и другие горной, горно-химической, металлургической промышленности и ТЭЦ; металлическая стружка, брак, металлолом металлообрабатывающих предприятий;

147

фосфорогипс, огарок, шламы, отходы резины, пластмасс и другие химической промышленности; радиоактивные отходы атомной промышленности и АЭС; опилки, стружки, отходы лесозаготовок, лесопиления, изделий и строений из дерева лесной и деревообрабатывающей промышленности; кости, шерсть, мусор, шелуха и другие пищевой и легкой промышленности. Сельскохозяйственные отходы: корни, солома, растительный мусор, навоз, остатки пестицидов и удобрений, металлолом, старая резина, обломки тары. Бытовые отходы городов России: пищевые (30–40%) и бумажные (20–30%) отходы, битое стекло (5–7%), текстиль (3–5%), пластмассы (3–5%), камни и кости (2–5%), металлолом (2–4%), резина и кожа (2–3%), дерево (2–3%), строительный мусор (1–2%), шлак (1–2%) и т.д. Приведено примерное процентное содержание. Оно сильно зависит от времени года и даже дня недели. Так, пищевых отходов весной накапливается 20–25%, осенью – 40–50%. В России из около 6 млрд т отходов около 4,8 млрд т – это отвалы и отходы обогащения и переработки горных пород, 200 млн т – отходы и шлаки производств, 260 млн м3 – осадки сточных вод и водоподготовки, 140 млн м3 – твердые бытовые отходы, 75 млн т – высокотоксичные отходы. Утилизация и переработка отходов. Вред от отходов заключается в их большом количестве, повсеместном размещении на больших площадях (в России – сотни тысяч гектаров), загрязнении ими воздуха, водоемов, земель. Необходимы переработка, утилизация и захоронение отходов. При дальнейшем использовании отходы подразделяют на утилизируемые и неутилизируемые. К первым относятся отходы металлов, металлолом и отходы некоторых нефтепродуктов. Пример классификации неутилизируемых отходов приведен в таблице 4.6. Утилизация металлических отходов. Система сбора, хранения, обработки и утилизации отходов наиболее разработана для лома черных и цветных металлов. Она регламентирована ГОСТ 27.87-75 «Нормы и правила утилизации черных металлов» и ГОСТ 16.39-78 «Нормы и правила утилизации цветных металлов». Основные операции подготовки металлов: сортировка металлолома и металлических отходов по видам металла, разделка лома для удаления неметаллических включений, механическая обработка: рубка, резка, пакетирование.

148

Переработка и обезвреживание неутилизируемых отходов. Методы их ликвидации приведены в таблице 4.6. Таблица 4.6 Классификация отходов по гигиеническому признаку Категория 1 2 3 4 5 6

Характеристика отходов

Накопление за год, %

Инертные Легко разлагающаяся органика Слаботоксичные, малорастворимые Нефте- и маслоподобные Токсичные, загрязнение воздуха слабое Токсичные: минеральные, органические

57 3

Методы ликвидации Для дорог, планировочных работ Складирование или переработка с твердыми бытовыми отходами

30 1,5

Сжигание с бытовыми отходами

3

Складирование на полигонах Герметизация при складировании. Обеззараживание на специальных установках

3,5 2

Инертные отходы, которые представляют основную массу (57%), используют для планировочных работ и в строительстве дорог. Слаботоксичные и малорастворимые в воде отходы (30%) складируют и перерабатывают совместно с твердыми легко разлагающимися органическими веществами (3%). Нефте- и маслоподобные отходы (1,5%) сжигают совместно с бытовыми отходами. На мусороперерабатывающих и мусоросжигающих заводах применяют современные способы переработки, прежде всего, бытовых отходов с получением полезных материалов и вторичного сырья. Утилизация и ликвидация обезвоженных осадков сточных вод. Способ утилизации зависит от вида осадков. Осадки, содержащие гумус, используются в сельском хозяйстве. Инертнообразные осадки после сушки применяют в качестве стройматериалов. Осадки, включающие соединения ценных металлов (никеля, меди, олова, цинка и др.), отправляют на регенерацию в гальванические цеха. Пористые осадки используют в качестве адсорбентов. При невозможности проведения утилизации обезвоженных осадков применяется, как правило, их ликвидация. Если это органические осадки, то их обычно сжигают, поскольку они способны

149

выделять большое количество тепла. Минеральные осадки, если их нельзя утилизировать или сжечь, сбрасывают в специальные накопители, шахты, земляные пустоты. Токсичные отходы, содержащие ртуть, мышьяк, свинец, сурьму, олово, никель, кoбальт и ряд других тяжелых металлов со слабым загрязнением воздуха, складируют на специально отведенных полигонах. Минеральные и токсичные органические вещества, способные отравлять окружающий воздух, отдельно собираются в герметичные емкости. Их индивидуально либо совместно обезвреживают на специальных установках. Переработка токсичных отходов на полигонах осуществляется согласно санитарным нормам и правилам, которые имеют идентификационный номер СНиП 2.01.28-85. Радиоактивные твердые отходы обычно затаривают в не разрушающиеся герметичные емкости, которые помещают на хранение в подземные железобетонные колодцы и шахты. Более совершенным является способ остекловывания радиоактивных твердых отходов, что исключает их распыление и порчу от коррозионных разрушений. Контрольные вопросы 1. Нужно ли очищать воздух, воды, сушу от загрязнений? Почему? 2. Каковы основные виды загрязнителей атмосферы и их источники? 3. Каковы ПДК основных видов атмосферных загрязнений? 4. Как рассчитать максимальную приземную концентрацию См? 5. Что такое ПДВ? Как его рассчитать для горячего газа? 6. Что такое ПДТ? Как его можно рассчитать? 7. Как оценивают эффективность очистки воздуха от загрязнений? 8. Какие свойства пыли влияют на эффективность ее улавливания? 9. Какие аппараты используются для очистки пыли? 10. Каковы параметры процесса очистки газов от пыли в пылеосадительных камерах? 11. Каков принцип работы циклона? Какова его производительность, эффективность очистки? 12. Каким образом очищают газы от пыли ротационные и вихревые пылеуловители? 13. Как устроены и как работают электрофильтры при очистке газов от пыли и туманов? 14. Что такое фильтроэлементы? Каковы их конструкции? Где и как они используются?

150

15. Каков механизм процесса фильтрования при очистке газов от пыли? 16. Как устроены и как работают рукавные фильтры? 17. Чем обусловлен процесс мокрого улавливания пыли? 18. Какова конструкция и каков принцип работы скруббера Вентури? Их виды, производительность. 19. Как работают форсуночные и центробежные скрубберы? 20. Как работают барботажно-пенные пылеуловители? 21. Какие устройства используются для очистки газов от туманов? Их виды, принцип работы. 22. Какие методы используются для очистки воздуха от паро- и газообразных загрязнителей? 23. Какова сущность метода абсорбции? Требования к абсорбентам. 24. Какая аппаратура используется при абсорбции примесей газов? Виды насадок в башнях. 25. В чем сущность метода хемосорбции? Области его применения, эффективность очистки. 26. На чем основан метод адсорбции? Требования к адсорбентам. 27. Каковы конструкции адсорберов? Каковы принципы их действия? 28. Каковы параметры очистки газов прямым сжиганием? Каковы недостатки метода? 29. Каковы условия термического окисления примесей газов? Достоинство способа. 30. Каковы достоинства каталитического окисления примесей газов? 31. Как оценивается активность катализаторов? Их виды. 32. Каковы схемы каталитических реакторов для очистки газов? 33. Какие вредные примеси и в каких количествах содержатся в выбросах автотранспорта? Мероприятия по их снижению. 34. В чем сущность жидкостной и каталитической нейтрализации примесей газов? 35. Какие фильтры используются для улавливания сажи выхлопных газов автотранспорта? 36. Каковы критерии качества воды? Нормативы качества питьевой воды. 37. Что такое сточная вода? Каковы ее виды, состав примесей, сбрасываемые объемы? 38. В чем различие норм водопотребления и нормы водоотведения? Каковы их значения? 39. Как рассчитать допустимую концентрацию взвешенных частиц, растворенных веществ? 40. Как рассчитать допустимую концентрацию вредных веществ, растворенных в воде? 41. Что такое кратность разбавления сточных вод? Как ее рассчитать?

151

42. Как рассчитать допустимый состав сточных вод в произвольный момент времени? 43. Какие методы и когда применяют для очистки сточных вод? Их эффективность. 44. Каковы показатели процессов процеживания и отстаивания? Конструкции отстойников. 45. Каковы конструкции и принцип работы фильтров, используемых для очистки сточных вод? 46. Когда и как используется ультрафильтрация? Каковы конструкции фильтр-прессов? 47. Какие реакции и реагенты используются при очистке сточных вод химическими методами? 48. Какова сущность очистки сточных вод методами коагуляции и флокуляции? Каковы стадии процесса, реагенты? 49. В каких случаях и как для очистки воды применяют флотацию? Каковы схемы флотаторов? 50. Когда и как метод кристаллизации используется для очистки растворов? Его варианты. 51. Каковы области применения метода адсорбции при очистке воды? 52. Способы проведения адсорбции. Схема противоточной адсорбции. 53. Что такое иониты, их виды, емкость, области применения, регенерация? Типы реакций ионного обмена. 54. Когда и как используют экстракцию для очистки сточных вод? 55. Что такое экстракционный реагент, экстракт рафинат? Экстрагенты, требования к ним. 56. Каковы схемы экстракции? Как рассчитать конечную концентрацию примеси в рафинате? 57. Какие бывают виды перегонок и как они проводятся? 58. Что такое ректификация, ее виды? Где, когда и как она используется при очистке воды? Схемы процесса. 59. Что такое электролиз, его законы? Как он проводится? 60. Когда и как для очистки воды применяют анодное окисление и катодное восстановление? 61. Как устроены и как работают электрокоагуляционно-флотационные электролизеры? 62. Что такое электродиализ? Как работает электродиализатор? 63. Почему в электродиализаторе у анода рН раствора снижается, а у катода растет? 64. Каков механизм биохимической очистки? Его стадии, реакции. 65. Какие факторы влияют на эффективность биохимической очистки? Клеточные яды.

152

66. Где и как проводят аэробную очистку сточной воды в естественных условиях? 67. Какова конструкция биофильтров, их типы, виды загрузок, производительность? 68. Что такое аэротенк? По каким показателям и как их классифицируют? Их схемы. 69. Какова схема биохимической очистки стоков в азротенке с регенерацией ила? 70. Какие методы и как используются для уплотнения и стабилизации пульп (осадков)? 71. Какова технология анаэробной стабилизации пульп? 72. Какова схема установки для получения биогаза? 73. Для чего проводят кондиционирование осадков и какими способами? 74. Какие способы применяют для обезвоживания осадков? 75. Каковы причины засоления почв? Как их предотвратить? 76. Каковы источники и виды загрязнения почв, их ПДК? 77. Какие необходимы мероприятия для охраны почвы от загрязнений? 78. На какие группы подразделяют твердые отходы? Каковы их виды, состав, количества? 79. Какие операции предусмотрены стандартами при утилизация металлических отходов? 80. Как классифицируют и перерабатывают неутилизируемые отходы? 81. Каковы способы складирования и обезвреживания токсичных отходов? 82. Каковы особенности захоронения радиоактивных твердых отходов?

153

5. ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ 5.1. Принципы рационального природопользования Рациональное природопользование – это различная по масштабам и характеру деятельность человека, соответствующая объективным законам природы и сохраняющая существующую ситуацию в биосфере. Рациональное природопользование – широкое понятие, поскольку отражает весьма разнообразные виды разумной деятельности человека по его жизнеобеспечению – от глобальных действий, включающих всю биосферу Земли, до локальных действий, малых по масштабу, но зато многочисленных. Принципы экологически корректного поведения мирового сообщества были сформулированы в Декларации конференции, которая состоялась в Рио-де-Жанейро в июне 1992 г. (см. п. 3.2.2). Так, согласно им стратегия перехода на путь устойчивого развития заключается в уменьшении антропогенного пресса на биосферу всевозможными способами, начиная от перехода на экологобезопасные технологии в производстве и всесторонней интенсификации и экологизации экономики и кончая проведением эффективной демографической политики во всех странах. Человечество должно обеспечить принцип устойчивого освоения природных ресурсов: уменьшение использования невозобновляемых ресурсов, неистощительное использование возобновляемых ресурсов, расширение использования вторичных ресурсов, утилизация и обезвреживание отходов; уменьшение и устранение нежизнеспособных в экономическом и опасных в экологическом планах моделей производства и потребления, экологически обоснованно размещать производительные силы. Однако после конференции в Рио-де-Жанейро стало ясно, что предел развития человечества определяется не простым потреблением природных ресурсов, а степенью экологических нарушений. (Размеры вредного антропогенного воздействия на природные ресурсы и загрязнения природной среды приведены в главе 2.) Они быстро, по экспоненте, растут и все больше приводят к необратимым изменениям в биосфере. И не потому, что проводимые, весьма значительные природоохранные программы, проекты и мероприятия по охране биосферы были плохими. Просто они яв-

154

ляются недостаточными, так как в бόльших масштабах действует другой дестабилизирующий и разрушающий механизм – быстрый рост народонаселения (см. рис. 2.1). А с ним связан быстрый рост потребностей человека, многократно увеличивающий антропогенный пресс на биосферу, поскольку человек находится на вершине экологической пирамиды (см. рис. 1.2). Главная опасность, как уже отмечалось в предисловии, заключается, во-первых, в том, что большинство населения Земли понастоящему не осознает надвигающейся глобальной угрозы жизни человеку и всему живому. Во-вторых, такое укоренившееся отношение миллиардов людей и властных структур к биосфере очень трудно развернуть в нужном для их же спасения направлении. Трудно потому, что беспечное отношение к биосфере и ее будущему состоянию, овладевшее бесспорным большинством людей (массами), постоянно усугубляется современным воспитанием, обучением, реальной жизненной действительностью. Развивая сельское хозяйство, промышленность, страны, правительства, народные власти, родители, стремятся обеспечить должный, часто сверхдостаточный уровень жизни своих людей, детей и в этом соревнуются между собой. Как такая деятельность людей обходится биосфере, должным образом не оценивается, проблемы истощения ресурсов, разрушения экосистем отодвигаются на второй план. Антропогенный пресс на биосферу увеличивается, и экологическая катастрофа надвигается все быстрее и грознее. 5.2. Глобальные меры по предотвращению угрозы экологической катастрофы Специальная сессия Генеральной Ассамблеи ООН по природной среде и развитию (1997 г.) пришла к выводу, что решения конференции, которая состоялась в 1992 г. в Рио-де-Жанейро, мировым сообществом выполняются плохо и что угроза дальнейшего ухудшения состояния природной среды планеты сохраняется. Для предотвращения угрозы экологического коллапса необходимы: – объективная оценка факторов, наиболее опасных для биосферы; – разработка и претворение в жизнь международных, не рекомендательных, а директивных, т.е. строго обязательных решений, обеспечивающих рациональное природопользование;

155

– разработка и осуществление территориальных комплексов безотходного производства и жизнеобеспечения человека и живого мира. При этом должны строго учитываться и выполняться Законы Природы. Современная история человечества показывает, что для гарантирования устойчивого развития биосферы прежде всего необходимо обеспечение равновесия между численностью населения Земли и природными ресурсами. Поэтому факторы, наиболее губительно воздействующие на биосферу, по-видимому, можно расположить в следующем порядке: 1 – быстрый рост народонаселения; 2 – опустынивание земель, снижение плодородия почвы; 3 – уменьшение площади лесов и их продуктивности; 4 – рост загрязненности атмосферы от сжигания топлива; 5 – загрязнение вод и земель сбросами и отходами; 6 – уменьшение биомассы и генофонда. 5.2.1. Оптимизация роста народонаселения

Численность людей на Земле растет по экспоненте (см. рис. 2.1). В XIX в. она выросла на 0,65 млрд человек, а в ХХ в. – на 4,5 млрд, т.е. в 7 раз. Причина такого быстрого роста численности людей заключается, во-первых, в нарушении основного закона живой природы – естественного ограничения численности особей ресурсами данной экосистемы. Человек не признает таких ограничений. Для своего жизнеобеспечения экспансия человека на другие экосистемы и природные ресурсы не знает границ. К чему это приводит, видно из примеров, приведенных в главе 2. Одной из причин беспечного, хищнического отношения человека к биосфере является присвоение им права считать биосферу своей рабыней, а ее компоненты – своей собственностью. Однако, согласно Законам Природы, человек – не гегемон Природы, а примечательное, но лишь одно из многочисленных созданий самой Природы. И собственностью человека, личной и частной, может быть лишь то, что создано благодаря труду человека, т.е. то, во что вложен труд человека*. Земля, леса, воды, полезные ископаемые не могут быть личной или частной собственностью отдельных людей, частных фирм, других организаций и даже

156

стран. Эти объекты Земли – достояние всех живых организмов Земли. Они могут быть лишь общей собственностью всех жителей и всего живого данной административной территории. Люди – как представители биологического вида Человека разумного – могут иметь право лишь разумного распределения частей общей собственности биосферы (участков земель, лесов, месторождений полезных ископаемых) в продуктивную аренду (но не для присваивания!) отдельным физическим и юридическим лицам**. * Личная собственность отличается от частной тем, что она – плод труда самого работающего, и весь доход от такого труда принадлежит ему же, если его не лишают части дохода в виде налогов и поборов. Частная собственность – это плоды труда наемных работников и доход от них, за исключением зарплаты работников и налогов. Так, водитель, зарабатывающий перевозками на своей машине, создает личную собственность. Водитель, работающий на машине частника, помимо своей зарплаты, создает частную собственность. Обычно различают частную и государственную (бюджетную) собственность, хотя и та и другая – плод труда наемных работников и изъятия (налоги, штрафы, поборы) из личной собственности работающего. Эти хищнические виды собственности различаются не по сути, а по тому, кому они принадлежат: частнику или властным структурам. ** Чтобы право распределения частей общей собственности биосферы использовалось разумно, его должны иметь лишь коллективные органы данной территории: сельские сходы, сельские, районные, городские и региональные советы и им подобные выборные собрания. Их решения должны быть согласованы и подписаны руководителем администрации этой территории. Доходы, получаемые за аренду, должны в основном (60–80%) идти на социальные нужды жителей и на нужды компонентов биосферы данной территории, частично в региональные (10–30%) и федеральные (5–15%) структуры. Органы, обладающие правом выдачи аренды, обязаны осуществлять контроль за рациональным природопользованием, нести ответственность за допускаемые экологические нарушения и обеспечивать мероприятия по их устранению. Пример. Земля, пашня не могут быть частной собственностью. Но урожай, полученный на этой земле, и доходы от него после уплаты арендной платы, принадлежат земледельцу-арендатору. После окончания аренды земли и возвращения ее юридическому распределителю, последний или новый арендатор должны оплатить прежнему арендатору затраты, которые привели к улучшению качества арендованных земель. И наоборот, арендатор, ухудшивший качество арендованных земель, должен будет заплатить распределителю земель (при досрочном лишении прав аренды) или новому арендатору расходы, которые будет необходимо понести для доведения качества земель до начального (до аренды) состояния.

157

Другое нарушение человеком законов живой природы – это отсутствие механизма естественного отбора в популяции человека на разных стадиях его жизни. И на стадии зарождения – родители могут быть слабые, больные, пьяные и т. п. И на стадии детства – сохраняется жизнь уродам, инвалидам, генетически ненормальным детям, неспособным жить самостоятельно. И во взрослой жизни – сохранение жизни особям, которые в дикой природе погибают. Если семикратный темп роста населения сохранится (он может даже возрасти), то через 100 лет, т. е. к 2100 году, население Земли возрастет до 36 млрд чел. (4,5⋅7 + 4,5). Человек находится на вершинах экологических пирамид (см. п. 1.4.1, рис. 1.2), требуя только на свое пропитание в сотни раз больше затрат материальных и энергетических ресурсов, чем их создают продуценты. Поэтому увеличение населения Земли в 7 раз потребует в тысячу раз бόльшего производства сельскохозяйственной продукции, чем ее выращивается сейчас. А как это сделать, если площади пахотных земель практически исчерпаны и, более того, постоянно сокращаются и истощаются? Выход один – такой быстрый рост народонаселения, противоречащий Законам живой Природы, должен быть в значительной степени ограничен, а в будущем остановлен. Если это не в состоянии будет сделать эгоизм человека и его псевдогуманистические предрассудки, то рано или поздно это сделает Природа. Природа милосердна в своей жестокости! И рано или поздно за свой псевдогуманизм человек неминуемо будет жестоко наказан*. Рост народонаселения можно вполне регулировать деторождением. Прекрасный тому пример – Китай, опыт которого обязаны перенять страны с быстрым ростом населения. Это в основном мусульманские страны, которым сложно, но необходимо будет пересмотреть традиции деторождения. По-видимому, оптимальным является рождение до трех детей одной детородной женщиной. *В ближайшие столетия человек как биологический вид не погибнет. Но рано или поздно оранжерейные условия и бездумное отношение человека к своему физическому совершенству, прежде всего гиподинамия, переедание, пьянство, приведут к деградации и досрочному вымиранию тупикового вида Homo sapiens. Первое, что вскоре, очевидно, решит человечество, это вопрос об обязательной стерилизации лиц с хроническими венерическими и иными заразными болезнями, хронических алкоголиков, наркоманов, генетически и психически ненормальных людей.

158

Дополнительным, но непременным условием оптимизации роста народонаселения является оптимизация потребностей человека для обеспечения его нормальной жизни. В основном требуется минимизация потребностей человека в большинстве цивилизованных стран. Ведь это преступление перед природой, биосферой Земли, когда в некоторых странах половина и даже более людей страдают ожирением, когда значительная часть приготовленной, доброкачественной пищи отправляется в отходы, когда приобретается столько одежды, обуви, предметов обихода и т.п., на которые расходуются природные ресурсы в десятки и сотни раз больше, чем их требуется в действительности. Наглядный пример – расточительное, 50–100-кратное расходование чистой питьевой воды населением крупных городов. Таким образом, для оптимизации роста народонаселения необходимо: регулирование деторождения в странах с быстрым ростом населения (до трех детей для одной женщины, способной рожать детей); минимизировать до оптимальных размеров потребности населения в природных ресурсах, необходимых для обеспечения их нормальной, биологически достаточной жизни; организовать обязательную стерилизацию лиц с хроническими венерическими и иными заразными болезнями, алкоголиков, насильников, наркоманов, генетически и психически ненормальных людей. 5.2.2. Меры по возрождению плодородия земель

Опустынивание земель, снижение содержания гумуса в почве и их плодородия – другая по важности глобальная экологическая проблема. Она требует немедленного решения, поскольку почва обеспечивает 95–97% продовольственных ресурсов для населения планеты и поэтому определяет масштабы развития биосферы и человечества. Главная опасность здесь заключается в том, что можно разрушить почвенный слой легко и быстро, а на его создание необходимы сотни лет. Человечество уже потеряло около 2 млрд га сельскохозяйственных земель, из них до 0,7 млрд га пахотных. Пашни осталось лишь 1/10 суши – 1,4 млрд га и ее площадь продолжает сокращаться со скоростью от 5 до 20 млн га/год. Угроза деградации земель усиливается еще и потому, что незаметен сам процесс нарушения сложного почвенного ансамбля, включая не только гумус, но и сложное сообщество биофагов, сапрофагов и микроорганизмов. Поэтому ухудшение состояния почвы, уменьше-

159

ние ее плодородия, ее засоление или загрязнение удобрениями и пестицидами сразу не видно. Наконец сельское хозяйство, деревня традиционно находятся в подчиненной зависимости от города, промышленности, и их проблемы правящую элиту стран волнуют во вторую и в третью очередь. Местные же владельцы земель далеко не всегда заботятся об улучшении земель, и почвовосстановительные работы должным образом не организуются, не финансируются и не проводятся. Какие меры здесь могут быть предприняты? Во-первых, необходимо осознание всем человечеством и прежде всего властными структурами и производителями продукции сельского хозяйства всех стран об особой, чрезвычайной важности задачи сохранения и возрождения плодородия земель. Во-вторых, в каждой стране должны быть разработаны действенные общенациональные программы № 1 по сохранению, улучшению, расширению и рациональному использованию сельскохозяйственных земель, особенно пахотных. В-третьих, выполнение этих программ должно быть обеспечено специалистами, необходимыми материально-техническими и финансовыми средствами, с обязательным жестким контролем и спросом за качеством и своевременностью проводимых работ. Перечень конкретных мероприятий по рациональному использованию земель приведен в п. 5.3.3. 5.2.3. Меры по сохранению и возрождению лесов

Уменьшение площади лесов и их продуктивности – еще одна глобальная угроза жизни на Земле. Лес – основной компонент биосферы, который на 60–70% определяет ее продуктивность, биологический круговорот вещества и энергии, климатический и гидрологический режим экосистем, чистоту воздуха, сохранность почв и т.д. (см. п. 5.2.1). Лес, лесостепи – колыбель человечества. Лес давал и дает человеку кров, пищу, топливо, строительный материал. Но человек неблагодарно обходится с лесом. Из 11 млрд га леса, покрывавшего Землю на заре человеческой цивилизации, осталось около 4 млрд га. И его площадь по-прежнему сокращается примерно на 10 млн га в год. И что особенно тревожно – растет сокращение продуктивных, влажных тропических лесов. Все это грозит нарушением глобального биологического круговорота, резким снижением объема воспроизводимой биомассы, опустыниванием земель, ухудшением качества воздуха и т.д.

160

Что же делать? Всем ясно, что необходимы усилия всего человечества по сохранению лесов и прежде всего по эффективному мониторингу за его вырубкой и восстановлением. Лес, восстанавливающий и стабилизирующий экологическое равновесие в природе, может быть и должен быть целенаправленно использован в охране и улучшении природной среды. Очевидно, лучшим вариантом является объявление всех лесов Земли общим достоянием человечества, которым они на самом деле являются. Их вырубка должна осуществляться по квотам, например ЮНЕП, выдаваемых лесопользователям по предложениям правительственных организаций страны, располагающей массивами леса. Размер квот на вырубку леса и мест вырубки должен зависеть от объемов лесопосадочных и лесовосстановительных работ. Нарушители установленных правил рационального лесопользования должны платить в 2–3 раза больше штрафа за причиненный ущерб, с обязательным проведением лесовосстановительных работ в объемах нанесенного лесу урона. Особые льготы и премии должны предоставляться лесопользователям, которые в значительных масштабах занимаются расширенным воспроизводством леса, улучшением его продуктивности. Перечень конкретных мероприятий по рациональному использованию лесов приведен в п. 5.3.4. 5.2.4. Пути решения энергетических проблем

Уголь, нефть, природный газ – исчерпаемые и невозобновляемые природные ресурсы. Они представляют ценное углеродное сырье для металлургической и химической промышленности. Применение их в качестве топлива, особенно нефти и продуктов из нее, – пример преступного для биосферы и будущих поколений использования невоспроизводимых ресурсов Земли. Знаменитое заявление Д.И. Менделеева: «Нефть не топливо, топить можно и ассигнациями» за 100 лет не убедило создателей современной энергетической и транспортной промышленности в порочности их деятельности. Другой негативный эффект от сжигания угля и продуктов нефти – загрязнение атмосферы высокими концентрациями оксида серы, азота, угарного газа, бензпирена и т. п. От них в первую очередь страдают леса (кислотные дожди), большие города и крупные промышленные районы. В городах эти загрязнения воздуха являются причиной многих заболеваний людей и рож-

161

дения ненормальных детей. Однако существенных, решительных мер для уменьшения загрязненности воздуха и рационального использования ценного, невоспроизводимого минерального сырья сильные мира не принимают из-за сопротивления нефтяных, угольных, топливно-энергетических, транспортных, автомобильных компаний. Они имеют неплохие доходы и не заинтересованы в переменах использования топливных ресурсов и переориентации технологических процессов. Чтобы изменить такое расточительное отношение к невоспроизводимым, ценным, топливным ресурсам, по-видимому, необходимо, во-первых, объявить их, как и леса Земли, общим достоянием человечества. Во-вторых, квоты по добыче угля и нефти должны определяться всемирными организациями, например ЮНЕП, исходя из предложений правительственных организаций страны, располагающей их запасами. В-третьих, в ближайшие 10– 20 лет цены на уголь и особенно на нефть надо поднять в десятки раз, чтобы их использование в промышленности и на транспорте стало нерентабельным. Полученные от таких цен сверхдоходы следует направить на финансирование разработок новых технологий с использованием новых видов энергетических установок, а также на финансирование экологических программ, например, связанных с воспроизводством пашни и лесов. Высокие цены на ископаемое топливо заставят специалистов разработать новые и обратить внимание на другие технологии и способы производства энергии и средств передвижения. Очевидно, в качестве топлива широко будут использоваться природный газ и ядерное горючее, для получения электроэнергии – гидроэлектростанции, в частности, использующие энергию приливов и отливов, ветряные электростанции и др. Вместо бензиновых и дизельных автомашин будет выгодно иметь электромобиль на аккумуляторах или фотоэлементах. Возможно появление новых радиофотоэлементов, непосредственно преобразующих энергию радиоактивности в электрический ток. Со временем на земной орбите наверняка будет смонтирован ультратонкий (микрометры), но гигантский по площади (сотни тысяч квадратных километров) управляемый экран-зеркало, в зимнее время отражающий солнечные лучи на холодную ночную землю, а в летнее время прикрывающий от Солнца горячие поверхности пустынь. Это позволит решить многие проблемы энергетики и создать благоприятные

162

климатические условия для сельского хозяйства на обширных территориях пустынь и тундр. 5.2.5. Экологическое просвещение населения

В последние годы экологическим проблемам уделяется все больше внимания на уровне правительственных структур (международные конференции, совещания) и общественными движениями, например, от фундаментальных сочинений респектабельных членов Римского клуба до напористых, иногда экстравагантных действий сторонников Гринписа. Принимается много хороших решений, законодательных актов, постановлений, часто общего, декларативного плана; написано довольно много разнообразных книг; задействованы средства массовой информации. Но широкого, должного экологического обучения и тем более экологического воспитания населения, рядового человека еще нет. Часто весь спектр экологической информации или не доходит до масс, особенно в сельской местности, или не усваивается из-за трудностей ее восприятия, так как почти вся она рассчитана на специалистов или достаточно подготовленных, образованных людей. Однако проблемы экологии, проблемы уменьшения вредного антропогенного воздействия на биосферу не решить, пока идеи необходимости бережного и экономного отношения к ресурсам природы не овладеют массами. Чтобы экологические идеи овладели массами и стали реальной силой, требуется должное просвещение всего населения, начиная с детей. Для изучения правил экологического поведения человека необходимы специальные занятия в школах, других учебных заведениях, на курсах и т.д. Необходимо также издание многомиллионными тиражами простейших кратких правил (1–3 страницы) и наглядных плакатов. Эти правила постоянно должны повторять средства массовой информации. И прежде всего требуется обучение и воспитание, в частности в России, бережного отношения к природным и антропогенным ресурсам. Чтобы добиться этого, необходимо поощрять детей, взрослых людей за бережное, экономное расходование ресурсов воды, пищи, одежды, предметов домашнего обихода, энергетические ресурсы (электроэнергия, горячая вода, топливо для обогрева, транспорт и т.п.), тех, кто не загрязняет помоями, мусором, отходами среду обитания, места отдыха, пребывания, работы. И наоборот, необходимо иметь и эффективно ис-

163

пользовать меры принуждения и наказания за расточительное расходование ресурсов, бытовые загрязнения природной среды. Надо все шире воспитывать у людей культ минимизации в потреблении природных и антропогенных ресурсов. Не надо аскетизма, но и явно излишнее и расточительное их потребление должно считаться не достоинством имущих людей, а преступлением перед человечеством и Природой. Надо помнить всем, что одна единица материальных и энергетических ресурсов, затраченных человеком, требует отторжения из биосферы ее ресурсов бóльших в сотни раз. 5.3. Рациональное использование природных ресурсов Главнейшая проблема человечества, потребности которого растут быстрыми темпами – рациональное, не наносящее ущерба отдельным экосистемам и в целом биосфере бережное использование ресурсов живой и неживой природы, особенно исчерпаемых и невозобновляемых ресурсов. Ниже кратко излагаются возможные пути решения проблем рационального природопользования. 5.3.1. Рациональное использование ресурсов атмосферы

Значение атмосферы. Компоненты атмосферы – кислород, диоксид углерода, вода – участвуют в основных биологических циклах биосферы, обеспечивают жизнь на Земле и основной состав живого вещества. При наличии в живом веществе 60–80% воды оно содержит кислорода 75–80%, водорода – 8–10%, углерода – 8–15% (по массе). В сухом органическом веществе кислорода – 45–50%, водорода – 5–10%, углерода – 50–40%. Использование ресурсов атмосферы. Ее ресурсы приведены в п. 2.2.2. Из 1 100 000 млрд т кислорода атмосферы в его годичном биологическом цикле участвует до 80 млрд т. Человек в год тратит на сжигание топлива до 25 млрд т кислорода, на дыхание – до 5 млрд т. Эти затраты уже составляют около 30% массы кислорода, генерируемого в процессе фотосинтеза. Соответственно возрастает количество диоксида углерода, поступающего в атмосферу. Мероприятия по рациональному использованию атмосферы: ƒ значительное сокращение объемов сжигаемых природных углей и нефтяных продуктов, действенная борьба с пожарами леса;

164

ƒ перевод автотранспорта с жидкого топлива на газ, электрическую энергию, энергетических предприятий – на использование природного газа, ядерного горючего, энергии вод, ветра, Солнца; ƒ рекуперация дымов заводов и фабрик, очистка выбросов от вредных компонентов; рациональное размещение производств, экологически грамотное градостроительство; ƒ создание безотходных и малоотходных производственных циклов и комплексов; ƒ создание постоянно действующих, достаточно автоматизированных и дистанционных средств контроля воздуха. Перечисленные мероприятия общеизвестны. Однако степень перехода к ним и уровень их освоения в значительной мере зависят от организационной, просветительной и побудительной деятельности правительственных структур и общественных организаций. 5.3.2. Рациональное использование ресурсов гидросферы

Значение гидросферы. В п. 2.2.3 уже приведены сведения о значении гидросферы, классификации вод, ресурсах воды, ее распределении и потреблении. Благодаря круговороту воды океан– атмосфера–суша обеспечивается не только водообмен, но и перераспределение тепловой энергии. Вода является непременным условием существования биосферы, источником жизни, ее незаменимым веществом. Критической является потеря живым организмом 10% воды. Человек без воды и влажной пищи умирает через 3–5 суток. Мероприятия по рациональному использованию гидросферы: ƒ экономное расходование пресной, чистой воды, исключение ее неоправданных потерь; применение замкнутых циклов использования воды, особенно в теплоэнергетике; ƒ исключение сброса грязных сточных вод в водоемы, их очистка до санитарных норм; разработка и внедрение бессточных и малоотходных технологий; ƒ развитие системы мирового мониторинга качества воды, загрязнений стоков, сбросов и обеспечения спроса за нарушения. Для их реализации от всех стран требуется организационная, научная, техническая и прочие виды целенаправленной деятельности.

165

5.3.3. Рациональное использование ресурсов литосферы

Литосфера – слой земной коры толщиной 15–70 км. Ее верхний слой толщиной 2–3 км – биолитосфера – слагается из объектов живой и неживой природы и антропогенных объектов. Основные задачи охраны биолитосферы: рациональное использование исчерпаемых и невозобновляемых видов ресурсов природы, сохранение плодородия почв, минимизация и по возможности полное исключение вредных воздействий на растительный и животный мир, геологические породы и другие компоненты природной среды. Сначала рассмотрим объекты неживой природы. Рациональное использование недр и полезных ископаемых. Основные требования к охране недр и их рациональному использованию определены в законе РФ «О недрах»: ƒ полное и комплексное геологическое изучение недр; соблюдение порядка их предоставления; ƒ полное извлечение из недр и разумное использование запасов основных и совместно залегающих полезных ископаемых, их компонентов; ƒ исключение вредного влияния работ, связанных с использованием недр, на сохранность запасов полезных ископаемых, горных выработок, буровых скважин и подземных сооружений; ƒ запрещение необоснованной и самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых, соблюдение установленного порядка использования этих площадей для других целей; ƒ запрещение загрязнения недр при подземном хранении нефти, газа и иных веществ, захоронении вредных веществ и отходов производства, при сбросе сточных вод. Реальное воплощение в жизнь рациональных способов использования недр Земли и других природных ресурсов будет возможно лишь тогда, когда экономически, в правовом и моральном плане, будет невыгодно хищнически пользоваться дарами природы. Для этого необходимо должное наблюдение за использованием природных ресурсов, доведение информации о нарушениях в природопользовании до широкого круга общественности, своевременное и в достаточном объеме принятие мер к виновным. Мероприятия по рациональному использованию земельных ресурсов. Они должны обеспечить правовую, экономическую, организационную и инженерно-техническую защиту земель от не-

166

обоснованного изъятия их из сельскохозяйственного оборота, нерационального их использования, вредных воздействий на них. Для рационального использования земли и улучшения ее плодородия должны проводиться следующие мероприятия: ƒ грамотная агротехника – научно обоснованные севообороты, безотвальная обработка почвы для предохранения ее от эрозии, разумное использование удобрений, пестицидов; ƒ мелиорация (лат. melioratio – улучшение) земель, включающая в себя обеспечение искусственного орошения, насаждение защитных лесополос, укрепление песков, осушение заболоченных земель и т.п.; ƒ рекультивация почв после техногенного нарушения почвенных слоев при открытой добыче полезных ископаемых, после строительных, дорожных работ. Рекультивация нарушенных земель. Это важнейший вид природоохранной деятельности по восстановлению функционирования и плодородия земель, нарушенных природными катаклизмами (наводнения, пожары, землетрясения и т. п.) и человеком, особенно при добыче полезных ископаемых открытым способом. По законам России производители работ, связанных с нарушением земель, обязаны сначала обеспечить на нарушаемой площади съем всего почвенного слоя (толщиной до 0,8–1,0 м), его складирование и хранение для последующего покрытия горных пород при их рекультивации. Наиболее рациональным является включение рекультивационных работ на карьерах, разрезах, рудниках в технологический процесс добычи полезных ископаемых. А именно: опережающее снятие плодородных слоев почвы; выборочное проведение вскрышных работ и добычи полезных ископаемых; использование породных отвалов для заполнения пустот в выработках, строительстве и т.п.; планировка поверхности отвалов и выработанного пространства; нанесение на образовавшиеся поверхности снятого плодородного слоя почвы. Характер и степень рекультивации земель зависят от их последующего предназначения: для сельского, лесного и рыбного хозяйства, для создания зон отдыха. Более всего необходима рекультивация земель для пашни, площади которой постоянно сокращаются. Однако такая рекультивация требует большого объема земельных работ по планировке (выравниванию) территории и созданию почвенного слоя 0,5–0,8 м, т.е. значительных людских, тех-

167

нических и финансовых затрат. К сожалению, рекультивация нарушенных земель проводится далеко не всегда и не везде, не в нужных объемах и не на соответствующем уровне. Часто производители работ на разрезах, карьерах, рудниках ограничиваются подготовкой нарушенных территорий к затоплению для рыбного хозяйства (не надо засыпать карьеры, глубокие выемки) или создания зон отдыха, в лучшем случае – подготовкой почвы для посадки леса. Для лесопосадок не требуется тщательного выравнивания отвальных площадей. Поэтому им отдается предпочтение в холмистой и горной местности. Рекультивируемые земли широко используют под пастбища или сенокосы, поскольку затраты на обработку почвы, внесение удобрений и посев окупаются через несколько лет. Необходим эффективный мониторинг земель, т.е. систематическое наблюдение за состоянием земельного фонда с целью выявления динамики деградации и загрязнения почв, изменения продуктивности земель, их рекультивации и рационального использования. Это позволит своевременно принимать правовые и экономические меры по сохранению размеров и плодородия почв. Меры по предотвращению загрязнения вод и земель. Загрязнение вод и земель бытовыми и производственными сбросами и отходами происходит прежде всего из-за отсутствия должного контроля и спроса, а также терпимого отношения населения и власть имущих к таким загрязнениям. Чтобы предотвратить неоправданное загрязнение вод и земель, необходимо: ƒ активно, настойчиво, используя все средства информации, вести убедительную воспитательную, организационную, правовую работу среди всего населения и производителей материальных средств по экономному расходованию чистой воды, природных ресурсов, по грамотному, рациональному порядку сбора, сортировке, переработке стоков и отходов; ƒ в нужном объеме разрабатывать проекты, строить, пускать в эксплуатацию устройства, пункты, заводы, комплексы по сбору и полной очистке сточных вод и переработке отходов; ƒ вести надежный мониторинг за очисткой сточных вод, утилизацией и переработкой отходов; ƒ своевременно и в полном объеме взимать солидные штрафы с физических лиц за загрязнение биосферы мусором, отходами и с юридических лиц – за превышение предельно допустимых норм

168

при сбросе очищаемых вод, за свалки отходов и недостатки в их переработке. 5.3.4. Рациональное использование ресурсов живой природы Меры по сохранению генофонда и биомассы биосферы. Значительный ущерб живому миру наносится загрязнением человеком природной, особенно водной, среды кислыми дождями, сбросами, химикатами, нефтью, радиоактивными нуклидами. Иногда используются губительные для живого мира методы хозяйствования, такие как обработка лесов и полей пестицидами, молевый сплав леса и ряд других. Большой урон животному миру связан с устройством на путях их естественной миграции преград: плотин, широких водоемов, изгородей, сетей, линий электропередачи и т.п. В целом генетическое разнообразие живого вещества снижено более чем в 100 раз. Происходит снижение биомассы. Уменьшение биомассы в основном может быть остановлено, и биомасса даже начнет возрастать, если будут приняты меры, предотвращающие сокращение и обеспечивающие рост площадей и продуктивности сельскохозяйственных земель и лесов. Сложнее исключить исчезновение на Земле отдельных видов живых организмов. Оно происходит не только при непосредственном участии или воздействии человека на ту или иную популяцию живого мира, но и от естественных изменений в экосистемах и косвенном воздействии человека. Примеры гибели динозавров и значительно позднее – мамонтов из-за глобального изменения климата на Земле приведены в п. 5.4.3. Для сохранения флоры и фауны человеку требуется выполнение общеизвестных правил и действий, таких как: ƒ учет полезных растений и животных, особенно вблизи поселений, разработка научно обоснованных предельно допустимых объемов заготовки диких растений и животных исходя из их запасов в природе; ƒ ведение заготовок растений, добычи рыбы, птиц, животных в пределах научно обоснованных квот, не допуская их превышения; ƒ восстановление популяций растений и животных, запасы которых заметно истощились путем посева растений, временного создания на отдельных территориях зон отдыха флоры, свободных от заготовок растений, от пастьбы скота и посещения людей; вы-

169

ращивания ценных зверьков на зверофермах, создания питомников, заводов по выращиванию рыбной молоди, серпентариев и т.п.; ƒ создание заповедников в местах произрастания и проживания эндемов, редких и исчезающих растений и животных; создание зоопарков, коллекций семян ценных растений, типа коллекции пшеницы Н.И. Вавилова; ƒ создание системы мониторинга фито- и зооценозов, обеспечение своевременного и должного спроса за загрязнение в них атмосферы, вод, почв кислыми газами, токсикантами, сбросами, отходами, за превышение квот на заготовку растений и изъятие растений, занесенных в Красную книгу, а также за другие действия, наносящие урон флоре и фауне. Охрана и рациональное использование лесных ресурсов. Лес очень трудно поддается восстановлению. На это требуются десятки лет. Поэтому первое и главное условие рационального использования лесных ресурсов – это бережное отношение к лесу, исключение его отравления кислыми газами и токсикантами, уход за ним и его рубка с соблюдением научно обоснованных оптимальных норм. Надо, чтобы выполнялись три главных требования к лесопользованию: оно должно быть непрерывным, неистощимым и рациональным. Для этого необходимо усилить контроль за рациональным использованием лесосырьевых ресурсов, чтобы лесопользователи вели работы способами, не допускающими нарушения и тем более гибели лесных биоценозов, эрозии почвы и обеспечивающими хорошие условия для восстановления лесов. При заготовке леса необходимо, чтобы, с одной стороны, не допускались перерубы против научно обоснованных оптимальных норм, особенно молодых деревьев, а с другой – более полно и рационально использовались переданные в рубку лесосеки, не оставлялись в лесосеках недорубы, заготовленная древесина и отходы лесозаготовок. Растущий спрос на древесину должен удовлетворяться не за счет резкого увеличения вырубки леса, а путем более полного его использования. «Рубить лес меньше, использовать его полнее!» – основной лозунг рационального лесопользования. Второе главное условие защиты лесов – сохранение и расширения их ареала, улучшение видового состава и продуктивности лесов. Оно требует проведения следующих мероприятий: ƒ запрещения изъятия лесных территорий и работ, приводящих к нарушению и гибели лесов;

170

ƒ увеличения объемов работ по полному восстановлению леса на вырубленных территориях, реконструкции малоценных насаждений; защитному лесоразведению; ƒ облесения пастбищ в полупустынных районах, пустырей, оврагов, гарей, неудобных и заброшенных земель, а также поселков и городов, лишенных зелени. Работы и действия, представляющие опасность для состояния и воспроизводства лесов, необходимо приостанавливать, а виновных, наносящих ущерб лесу, привлекать к ответственности. Властные структуры стран, владельцы лесов обязаны разрабатывать мероприятия и реально обеспечивать специалистами, современными средствами и техникой охрану лесов от пожаров, защиту их от вредителей и болезней, от отрицательного воздействия на них сточных вод, промышленных и коммунально-бытовых выбросов, отходов и других загрязнений. Мероприятия по защите леса от вредных насекомых и болезней делят на лесохозяйственные, биологические, химические, физико-механические и карантинные. Лесохозяйственные мероприятия – это рубки ухода за лесом, т. е. выборка деревьев, свежезаселенных стволовыми вредителями: короедами, златками, усачами и другими насекомыми. Биологические методы – это использование для защиты леса от вредных насекомых и болезней насекомоядных птиц и зверей, хищников и паразитических насекомых (энтомофагов), а также патогенных бактерий и вирусов. Микробиометод использует бактериальные препараты: дендробациллин, инсектин, токсобактерин, экзотоксин, битотоксибациллин, гомелин и др. Химический метод основан на применении ядовитых веществ: инсектицидов – против насекомых, фунгицидов – против грибных заболеваний. Физико-механические мероприятия – это соскабливание кладок яиц непарного шелкопряда, срезание паутинных гнезд златогузки и побегов сосны, пораженных вертуном и побеговьюнами, сбор личинок пильщика, хруща, жуков. Для предотвращения завоза на территорию нашей страны из других стран вредителей и болезней создана и действует в настоящее время Государственная карантинная служба.

5.4. Безотходная и малоотходная технологии

171

Рациональное и комплексное использование сырьевых ресурсов имеет решающее значение, так как в настоящее время в конечный продукт включается в среднем лишь около 10% массы используемых природных ресурсов, а остальные 90% теряются. Высшей формой рационального природопользования является такая деятельность человека, которая практически полностью использует природные ресурсы, не порождает загрязнения и отходы и в конечном итоге все снова возвращает природе, не нарушая ее состояния. При безотходном производстве предполагается создание оптимальных технологических схем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. В идеальном случае такое производство не имеет вредных выбросов в атмосферу, сточных вод и твердых отходов. Термин «безотходная технология» впервые был сформулирован нашими учеными-химиками Н.Н. Семеновым и И.В. Петряновым-Соколовым в 1956 г. Он получил широкое распространение не только у нас, но и за рубежом. Ниже приведено официальное определение данного термина, закрепленное в 1984 г. в Ташкенте решением Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК ООН). Безотходная технология – это такой метод производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле: первичные сырьевые ресурсы–производство–потребление–вторичные ресурсы, и любые воздействия на природную среду не нарушают ее нормального функционирования. Безотходная технология включает следующие процессы: ƒ комплексную переработку сырья с использованием всех его компонентов и получение продукции с отсутствием или наименьшим количеством отходов; ƒ создание и выпуск новой продукции с учетом ее повторного использования; ƒ переработку выбросов, стоков, отходов производства с получением полезной продукции; ƒ бессточные технологические системы и замкнутые системы газо- и водоснабжения с использованием прогрессивных способов очистки загрязненного воздуха и сточных вод;

172

ƒ создание территориально-промышленных комплексов (ТПК), имеющих замкнутую технологию материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса. Малоотходная технология – это промежуточная ступень при создании безотходного производства, когда небольшая часть сырья и материалов переходит в отходы, а вредное воздействие на природу не превышает санитарных норм. Коэффициент безотходности (или коэффициент комплексности) – это доля полезных веществ (в %), извлекаемых из перерабатываемого сырья по отношению ко всему их количеству. Этот коэффициент широко используется в цветной металлургии и предлагается в качестве количественного критерия безотходности: для малоотходной технологии он должен быть не менее 75%, для безотходной технологии – не менее 95%. В настоящее время имеется некоторый опыт в области создания и внедрения малоотходной и безотходной технологий в ряде отраслей промышленности. Например, Волховский глиноземный завод перерабатывает нефелин на глинозем и попутно получает соду, поташ и цемент по практически безотходной технологической схеме. Затраты на их производство на 10–15% ниже затрат при получении этих продуктов другими промышленными способами. Однако перевод существующих технологий в малоотходные и безотходные производства требует решения большого комплекса весьма сложных технологических, конструкторских и организационных задач, основанных на использовании новейших научнотехнических достижений. При этом необходимо руководствоваться следующими принципами. Принцип системности. В соответствии с ним процессы или производства являются элементами системы промышленного производства в регионе (ТПК) и далее – элементами всей экологоэкономической системы, которая включает, кроме материального производства и иной деятельности человека, природную среду (популяции живых организмов, атмосферу, гидросферу, литосферу, биогеоценозы), а также человека и среду его обитания. Поэтому при создании безотходных производств необходимо учитывать существующую и усиливающуюся взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов. Комплексность использования ресурсов. Этот принцип создания безотходного производства требует максимального исполь-

173

зования всех компонентов сырья и потенциала энергоресурсов. Как известно, практически все сырье является сложным по составу. В среднем более трети его количества составляют сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной переработке сырья. Так, комплексная переработка полиметаллических руд позволяет получать около 40 элементов в виде металлов высокой чистоты и их соединений. Уже в настоящее время почти все серебро, висмут, платина и платиновые металлы, а также более 20% золота получают попутно при комплексной переработке полиметаллических руд. Конкретные формы реализации этого принципа в первую очередь будут зависеть от уровня организации безотходного производства на стадиях отдельного процесса, производства, производственного комплекса и эколого-экономической системы. Цикличность материальных потоков. Это общий принцип создания безотходного производства. Примерам цикличных материальных потоков являются замкнутые водо- и газооборотные циклы. Последовательное применение этого принципа должно привести в конечном итоге к формированию сначала в отдельных регионах, а впоследствии и во всей техносфере организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии. Ограничение и исключение вредного воздействия производства на биосферу при планомерном и целенаправленном росте объемов безотходного производства. Этот принцип обязан обеспечить сохранение природных и социальных ресурсов, таких как атмосферный воздух, вода, поверхность земли, здоровье населения. Данный принцип осуществим лишь в сочетании с эффективным мониторингом, развитым экологическим нормированием и многозвенным управлением природопользованием. Рациональность организации создания безотходного производства: разумное использование всех компонентов сырья; минимизация энерго-, материало- и трудоемкости производства; поиск новых экологически обоснованных сырьевых и энергетических технологий, исключающих или уменьшающих вредное воздействие на биосферу; кооперация производства с использованием отходов одних производств в качестве сырья для других; создание безотходных ТПК.

174

При создании безотходного производства путем совершенствования существующих и разработки новых технологических процессов обычно используются следующие способы и методы: ƒ осуществление производственных процессов при минимально возможном числе технологических стадий (аппаратов), поскольку на каждой из них образуются отходы и теряется сырье; ƒ увеличение единичной мощности агрегатов, применение непрерывных процессов; интенсификация производственных процессов, их оптимизация и автоматизация; ƒ создание энерготехнологических процессов, сочетающих энергетику с технологией; ƒ энерготехнологические процессы позволяют полнее использовать энергию химических превращений, экономить энергоресурсы, сырье и материалы и увеличивать производительность агрегатов. Для перехода отдельных, особенно новых производств, на безотходную технологию необходима разработка отдельными предприятиями, объединениями, отраслями и в целом правительственными структурами комплексных государственных программ по созданию и внедрению безотходных производств и территориально-промышленных комплексов. Общие пути решения экологических проблем: ƒ вместо деклараций – экологически обоснованные и экономически обеспеченные проекты в мировых рамках; ƒ интеграция интеллектуальных сил, техники и финансов всех стран мира на осуществление этих проектов; ƒ регулирование роста народонаселения и потребностей людей, их экологическое просвещение; ƒ ввод хозяйственной деятельности в пределы емкости экосистем на основе широкого внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий; ƒ переход на безотходные технологии производства; развитие сельского хозяйства на основе экологически прогрессивных технологий, приспособленных к местным условиям. Контрольные вопросы 1. Что такое рациональное природопользование? Его принципы. 2. Почему планете Земля грозит экологическая катастрофа? 3. Какие факторы наиболее губительно воздействуют на биосферу?

175

4. Следует ли ограничивать рост численности населения на Земле? 5. Могут ли леса, земля, воды, недра быть собственностью человека? 6. Зачем необходима минимизация потребностей человека? 7. Каким образом можно оптимизировать рост населения Земли? 8. Почему происходит опустынивание земель? Как его избежать? 9. С чем связано ограничение производства сельскохозяйственных продуктов? 10. Почему уменьшение площади лесов представляет глобальную угрозу жизни на Земле? Как можно предотвратить эту угрозу? 11. Как сократить уменьшение площади лесов и даже увеличить их? 12. Как избежать хищнического использования исчерпаемых и невоспроизводимых ресурсов ископаемого топлива? 13. Почему неразумно применять ископаемое топливо в качестве горючего? 14. Какие источники энергии будет использовать человек в будущем? 15. Зачем необходимо экологическое просвещение населения? 16. Каково значение атмосферы в обеспечении жизни на Земле? 17. Каковы ресурсы кислорода воздуха и его затраты на дыхание человека и на сжигание им топлива? 18. Какие меры необходимо осуществить, чтобы рационально использовать атмосферу? 19. Каково значение гидросферы для биосферы? 20. Каковы объемы потребления воды? Как быстро они растут? 21. Какие надо предпринять меры, чтобы водные ресурсы использовались рационально? 22. Каковы основные задачи охраны биолитосферы? 23. Каковы требования определены в законе РФ к охране недр и их использованию? 24. Какие надо предпринять меры, чтобы земельные ресурсы использовались рационально? 25. Что такое рекультивация нарушенных земель? Способы ее проведения. 26. Отчего происходит загрязнение отходами вод, лесов, земель? Как его избежать? 27. Как предотвратить загрязнение населением и предприятиями вод, лесов и земель сбросами и отходами? 28. Каковы причины сокращения живого мира и его генофонда? 29. Как исключить исчезновение на Земле отдельных видов живых организмов? 30. Как можно сохранять и рационально использовать флору и фауну? 31. Каковы условия сохранения и рационального использования лесных ресурсов?

176

32. Как защитить лес от вредных насекомых и болезней? 33. Что такое безотходная технология? Какие процессы она включает? 34. Чем отличается малоотходная технология от безотходной? 35. Что такое коэффициент безотходности? Его значения. 36. Каковы принципы перевода существующих технологий в безотходные производства? 37. Каковы способы создания безотходных производств? 38. Предложите три главных мероприятия или действия, выполнение которых, на ваш взгляд, обеспечило бы существующее равновесие в биосфере на многие века.

177

Библиографический список Основная литература Комарова Л.Ф., Кормина Л.А. Инженерные методы защиты окружающей среды: Учеб. пособие. – Барнаул: ГИПП «Алтай», 2000. – 391 с. Курочкин Э.С. Основы инженерной экологии: Учеб. пособие. – Барнаул.: Изд-во АПИ, 1989. – 81 с. Лобанова З.М. Экология и защита биосферы: Учеб. пособие. – Барнаул: Изд-во АГТУ, 2000. – 238 с. Лузин Б.Н. Экологические проблемы: Земля, Россия, Алтай: Учеб. пособие. – Бийск: Изд-во БиГПИ, 1995. Ч. I. – 102 c. Ч. II. – 78 c. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд. – М.: Высш. шк., 1989. – 415 с. Основы эколого-экономического развития / О.П. Дорощенков, Л.Ф. Комарова, З.Н. Замятина и др. Под ред. Л.Ф. Комаровой. – 2-е изд. – Барнаул: Изд-во АГТУ, 1998. – 149 с. Охрана окружающей среды: Учебник для вузов / Под ред. С.В. Белова. 2-е изд. – М.: Высш. шк., 1991. – 319 с. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учеб. и справочное пособие. – М.: Финансы и статистика, 1999. – 672 с.

Литература по экологии и охране биосферы Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития: Учеб. пособие. – М.: Изд-во. Рос. экон. акад.. 1994. – 312 с. Алексеев В.П. Очерки экологии человека: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МНЭПУ, 1998. – 232 с. Балабеков О.С., Балтабаев Л.Ш. Очистка газов в химической промышленности. Процессы и аппараты. – М.: Химия, 1991. – 251 с. Батчер С., Чарлсон Р. Введение в химию атмосферы: Пер. с англ. / Под ред. В.Л. Тальрозе. – М.: Мир, 1977. – 270 с. Беккер А. А., Агаев Т. Б. Охрана и контроль загрязнения природной среды. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 286 с. Бекназаров Р.У., Новиков Ю.В. Охрана природы. – Ташкент: Укитувчи, 1995. – 583 с. Беличенко Ю.П., Гордеев Л.С., Комиссаров Ю.А. Замкнутые системы водообеспечения химических производств. – М.: Химия, 1996. – 272 с. Белоусов В.В. Теоретические основы процессов газоочистки. – М.: Металлургия, 1988. – 256 с. Берне Ф., Кордонье Ж. Водоочистка. – М.: Химия, 1997. – 288 с.

178

Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде: Справочник. – Л.: Химия, 1985. – 454 с. Богдановский Г. А. Химическая экология: Учеб. пособ. – М.: Изд-во МГУ, 1994. – 237 с. Бретшнайдер Б., Курфюст И. Охрана воздушного бассейна от загрязнений. – Л.: Химия, 1989. – 288 с. Бринчук М.М. Экологическое право России: Учебник. – М.: Юристъ, 1998. – 688 с. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. – М.: Наука, 1987. – 39 с. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. – М.: Наука, 1994. – 670 с. Владимиров В.В. Урбоэкология. – М.: Изд-во МНЭПУ, 1999. – 204 с. Водоотводящие системы промышленных предприятий / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов. – М.: Стройиздат, 1990. – 511 с. Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная. – М.: Агар, 1999. – 424 с. Внуков А. К. Защита атмосферы от выбросов энергообъектов: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 176 с. Глухов В.В., Лисочкина Т.В., Некрасова Т.П. Экономические основы экологии: Учебник. – СПб.: Спец. литература, 1995. – 280 с. Дажо Р. Основы экологии. – М.: Прогресс, 1975. – 416 с. Жабо В. В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 240 с. Зайцев В.А. Безотходные и малоотходные процессы сегодня и завтра. – М.: Знание, 1987. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник / Под ред. С. Калверта и Г.М. Инглунда. – М.: Металлургия, 1988. – Т. 1–2. – 760 с. За экологическое возрождение России: Тез. докл. к международному симпозиуму / Протасов В.Ф., Стрижко Л.С. – М.: МИСиС, 1993. – 115 с. Ивлев М.А. Биогеохимия. – М.: Высш. шк., 1986. Израиль Ю.А. Экология и контроль природной среды. 2-е изд. – М.: Гидрометеоиздат, 1984. – 560 с. Камшилов М. М. Эволюция биосферы. – М.: Наука, 1979. –256 с. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники.– М.: Химия, 1984. – 592 с.

179

Киевский М.И., Евстратов В.Н., Ратманов А.Г. Безотходные технологические схемы химических производств. – Киев: Техника, 1987. –121 с. Коммонер Б. Замыкающийся круг. – Л.: Гидрометеоиздат, 1974. – 272 с. Конституция Российской Федерации. –М.: Ось-89, 1996. – 48 с. Кузнецов И.Е., Троицкая Т.М. Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами. – М.: Химия, 1979. – 344 с. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. – Киев: Вищ. школа, 1986. – 352 с. Лапин В. Л., Мартинсен А. Г., Попов В. М. Основы экологических знаний инженера: Учеб. пособие. – М.: Экология, 1996. – 176 с. Лозановская И.Н., Орлов Д.С., Садовникова Л.К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1998. – 287 с. Лукин В.Д., Курочкина М.И. Очистка вентиляционных выбросов в химической промышленности. – Л.: Химия, 1980. – 232 с. Мазур И.И., .Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии: Учебник / Под ред. И.И. Мазура. – М.: Высш. шк., 1999. – 447 с. Макевин С.Г., Вакулин А.А. Охрана природы. – М.: Колос, 1983. – 172 с. Мейсон Б. Основы геохимии. – М.: Недра, 1971. – 311 с. Михеев А.В., Галушкин В.М., Гладков Н.А. и др. Охрана природы: Учебник. – М.: Просвещение, 1987. – 252 с. Наше общее будущее: Доклад Международной комиссии по окружающей среде и развитию (МКОСР). – М.: Прогресс,1989. –372 с. Небел Б. Наука об окружающей среде: как устроен мир: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. Кн. 1–2. Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод. – М.: Высш. шк., 1987. – 479 с. Новиков Ю.В. Охрана окружающей среды. Учеб. пособие. – М.: Высш. шк. 1987. Нормы радиационной безопасности (НРБ-96): Гигиенические нормативы. – М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996. – 127 с. Одум Ю. Основы экологии. – М.: Мир, 1975. – 740 с. Окружающая среда: Энциклопедический словарь-справочник: Пер. с нем. – М: Прогресс, 1993. – 640 с. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. – 93 с. Основы общей экологии / Н.М. Мамедов, И.Т. Суравечина и др. – М. : МГС, 1998. – 272 с.

180

Очистка природных и сточных вод: Справочник. – М.: Высш. шк., 1994. – 36 с. Очистка производственных сточных вод / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов. – М.: Стройиздат, 1985. – 335 с. Очистка промышленных газов от пыли / В.Н. Ужов, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков. – М.: Химия, 1981. – 392 с. Охрана окружающей природной среды: Постатейный комментарий к закону России. – М: Республика, 1993. – 224 с. Охрана окружающей среды: Учебник / А.М. Владимиров, Ю.И. Ляхтин, Л.Т. Матвеев, В.Г. Орлова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991. – 423 с. Охрана природы: Справочник / Под ред. К.П. Митрюшкина. – М.: Агропромиздат, 1987. – 269 с. Оценка и регулирование качества окружающей среды. Учеб. пособие / Под ред. А.Ф. Порядина и А.Д. Хованского. – М.: НУМИ. Минприроды России, 1996. – 350 с. Петров В.В. Экологическое право России: Учебник. – М.: БЕК, 1995. – 557 с. Петров К.М. Общая экология: Взаимодействие общества и природы: Учеб. пособие для вузов. – СПб.: Химия, 1998. – 352 с. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. – М.: Стройиздат, 1981. – 296 с. Проблемы экологии России / К.С. Лосев, В.Г. Горшков, К.Я. Кондратьев и др.; Под ред. В.И. Данилова-Данильяна, В.М. Котлярова. – М., 1993. – 348 с. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. – Л.: Химия, 1977. – 464 с. Протасов В.Ф., Дамаскинский В.А. Экономика горнорудной промышленности: Справочное пособие. – М.: Недра, 1990. – 432 с. Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Словарь экологических терминов и понятий. – М.: Финансы и статистика, 1997. – 160 с. Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и природопользование в России. – М.: Финансы и статистика, 1995. – 528 с. Прохоров Б.Б. Прикладная антропоэкология: Учебник. – М: Изд-во МНЭПУ, 1998. – 312 с. Путилов А.В., Копреев А.А., Петрухин И.В. Охрана окружающей среды. – М.: Химия, 1991. – 224 с. Пылеулавливание в металлургии: Справочник / Под ред. А.А. Гурвица. – М.: Металлургия, 1984. – 336 с. Радкевич В.А. Экология: Учебник. – М.: Высш. шк., 1997. – 159 с. Рамм В.М. Абсорбция газов. – М.: Химия, 1976. – 656 с.

181

Рахилин В. К. Общество и живая природа. – М.: Наука, 1989. – 215 с. Рациональное использование водных ресурсов / С.В. Яковлев, И.В. Прозоров. Е.Н. Иванов, И.Г. Губий. – М.: Высш. шк., 1991. – 400 с. Рациональное использование природных ресурсов в горнопромышленном комплексе / С.И. Подвишенский, В.И. Налов, О.П. Кравчино. – М.: Недра, 1988. – 228 с. Реймерс Н.Ф. Охрана природы и окружающей среды: Словарьсправочник. – М.: Просвещение, 1990. – 319 с. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990. – 637 с. Реймерс Н.Ф. Начала экологических знаний: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МНЭПУ, 1993. – 261 с. Родионов А.И., Клушин В.П., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. – М.: Химия, 1989. – 512 с. Роев Г.А., Юфин В.В. Очистка сточных вод и вторичное использование нефтепродуктов. – М.: Недра, 1987. – 224 с. СанПиН 2.1.4.559-96. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. – М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996. – 111 с. Соколов М.С., Монастырский О.А., Пикушова Э.А. Экологизация защиты растений. – Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1994. – 462 с. Сукачев В.Н. Основные понятия биогеоценологии: Основы лесной биогеоценологии. – М.: Наука, 1964. – 574 с. Сытник К.М., Брайон А.В., Гордецкий А.В. Биосфера. Экология. Охрана природы: Справочное пособие. – Киев: Наукова думка, 1987. – 534 с. Тищенко Н.Ф. Охрана атмосферного воздуха: Справочник. – М.: Химия, 1991. – 368 с. Уголовный кодекс РФ. –М.: Проспект, 1997. –176 с. Федоров В.Д., Гильманов Т.Г. Экология. – М.: Изд-во МГУ, 1980. – 264 с. Хачатуров Т.О. Экономика природопользования. – М.: Наука, 1987. – 256 с. Хесле В. Философия и экология. – М.: Ками, 1994. – 192 с. Хоникевич А.А. Очистка радиоактивно-загрязненных сточных вод. – М.: Атомиздат, 1974. – 312 с. Штокман Е.А. Очистка воздуха. – М.: Изд-во АСВ, 1999. –319 с. Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии: Учеб. пособие. – М.: Просвещение, 1994. – 239 с.

182

Предметный указатель Абсорбент 108 Абсорбция 108 Автотрофные организмы 11 Автоэкология 7 Адсорбент 110 Адсорбер 111 Адсорбционная установка, схема 127 Адсорбция 108 очистка сточной воды 127 Анаболизм 136 Анаэробные условия 17 Аниониты 128 Архей 9 Атмосфера 29 антропогенное загрязнение 47 естественное загрязнение 47 значение 163 рациональное использование 163 ресурсы 29, 163 Аэробное дыхание 19 Аэротенк 138 схемы 139 Башня насадочная, противопоточная 107 Безотходная технология 170 понятие 171 принципы создания 172 способы создания 173 Биогаз 141 Биогенное вещество 5 Биогеохимические циклы 12 Биогеоценоз 7 Биогеоценология 7 Биолитосфера 32 ресурсы 165

Биологический пруд 137 Биомасса 5 Биосфера 5 Биотоп 6 Биофильтр 138 Биохимический метод очистки воды 135 анаэробный 136 аэробный 136 механизм 136 технология 137 условия 137 Биоценоз 6 Вибрация 57 ВМО 67 Вода 30 атмосферная 31 значение 161 классификация 31 поверхностная 31 подземная 31 потребители 38 потребление 164 распределение 31 ресурсы 30 ВОЗ 66 Воздействие человека на атмосферу 38 гидросферу 39 литосферу 40 флору и фауну 42 Воздух виды загрязнителей 99 источники загрязнения 99 нормирование загрязнений 99 очистка от загрязнений 101 эффективность очистки 101

183

ВООП 75 ВФОП 68 Выбросы автотранспорта 113 очистка 115 состав 113 Генеративные отношения 11 Гетеротрофные организмы 11 Гидросфера 51 значение 164 Гомеостаз 24 самокорректирующийся 25 Госатомнадзор 73 Госгидромет 73 Госгортехнадзор 72 Госкомсанэпиднадзор 73 Госкомэкология 72 Гринпис 69 ГСМОС 66 Декларация, экологические принципы 78 Денитрификация 17 Дефляция 41 Дефосфорилирование 18 Децибел 57 Дозы поглощения излучения 60 Живое вещество 5 Животный мир значение 37 ресурсы, биомасса 37 сокращение генофонда 44 сокращение численности человеком 45 Загрязнение биологическое 55 гидросферы 50 морей 52 природной среды 45

типы и виды 46 рек 55 Загрязнение атмосферы 46 виды загрязнителей 46 влияние на человека 49 источники 47 нормирование 97 Загрязнение биолитосферы 54 источники 54 пестицидами 55 токсикантами 55 Загрязнение биологическое источники 56 Загрязнение биосферы нормативы загрязнений 87 нормативы на источники загрязнения 88 Загрязнение гидросферы виды загрязнителей 51 влияние на человека 53 источники 51 Загрязнители 46 основная характеристика 46 Запасы ископаемого топлива 32 Защита леса 169 от вредных насекомых и болезней 170 Защита от облучения 61 Зеленые 68 Зооценоз 6 ИМО 66, 95 Инфильтрация 20 ИНФОТЕРРА 67 Ионизирующее излучение 59 виды 59 единицы 59 источники облучения 59 свойства 59 Ионизирующие излучения биологическое действие 61 Иониты 128

184

Ионный обмен 128 аппаратура 129 реакции 128 Катаболизм 136 Катализатор 112 Катиониты 128 Качество воды 117 нормативы 117 Качество природной среды 87 Кислотный дождь 53 Коагулянт 124 Коагуляция 124 Консументы 8 Коронирующий электрод 103 Коэффициент безотходности 172 очистки 101 проскока 101 транспирации 20 Красная книга 43 Кристаллизация 126 Круговорот в биосфере 12 азота 16 биогенного вещества 12 воды 19 кислорода 19 углерода 15 фосфора 18 энергии 13 Лес защита 166 защитные функции 36 значение 35 пожары 44 причины сокращения ареала 43 разрушение биоценоза людьми 44 расширение ареала 166

рациональное использование 169 ресурсы России 36 сокращение ареала 43 Лучевая болезнь 62 МАГАТЭ 65 Малоотходная технология 170 МБИВ 68 Международные конференции по охране природы 78 Международные экологические движения 68 Мелиорация 166 Мембрана 123 Меры по предотвращению загрязнения вод и земель 167 Меры по сохранению генофонда и биомассы 168 генофонда флоры и фауны 168 запасов нефти, угля 160 земель 158 лесов 159 Микробиоценоз 6 Мониторинг загрязнений природной среды 91 земель 167 природных ресурсов 90 экологический 89 МРПТХВ 67 МСООД 68 МСОП 66 Народонаселение оптимизация роста 155 Насадка башенная 107 Нейтрализатор каталитический 115 Нейтрализация жидкостная 115 химическая 123

185

Нитархей 8 Нитрификация 16 Ноосфера 6 Норма водоотведения 118 водопотребления 118 Нормы радиоактивной безопасности 62 Обеззараживание 120 Обеззараживание воды 123 Ограничения прироста продуктов питания 35 Озон, проблема 50 Озонирование 123 Окисление каталитическое 112 примесей сточной воды 121 термическое 111 Осадки сточных вод 141 кондиционирование 141 обезвоживание 141 стабилизация 141 термическая обработка 143 Основные дозовые пределы 62 Отстаивание 118 Отстойник 119 Отходы 146 виды 146 ликвидация 148 металлические, утилизация 147 переработка 146 радиоактивные твердые захоронение 149 утилизация 147 Охрана биосферы 4 предмет курса 4 Охрана недр 165 Охрана почвы от загрязнений 145 Очистка сточных вод 120 сточных вод, методы 120

Очистка воды биохимические методы 135 ПДК 87 водоема 88 максимальная разовая 88 почв 88 рабочей зоны 88 рыбохозяйственная 88 среднесуточная 88 Перегонка 131 Перехват 20 Песколовка 121 Пестициды 55 Полезные ископаемые классификация 32 Поля орошения 137 Популяционная экология 7 Почва 33 загрязнение 144 загрязнение токсикантами 144 загрязнители 144 засоление 143 классификация 34 образование 33 основной способ очистки 144 охрана от загрязнений, мероприятия 145 плодородие 33 причины разрушения 41 причины сокращения площади 41 рациональное использование 164 рекультивация 166 состав 33 Правовая охрана биосферы 83 документы 84 стандарты 86 финансирование 86

186

Предельно допустимый выброс 88 Предельно допустимый сброс 89 Предельное размещение отходов 89 Природа 5 Природная среда 5 Природоохранные мероприятия виды 77 Природоохранные организации международные 64 международные специализированные 72 Природоохранные российские организации 70 законодательные 70 исполнительные 71 общественные 75 специализированные 72 Продуктивность биосферы вторичная плотоядных 14 вторичная травоядных 14 первичная валовая 12 первичная чистая 12 Продуценты 8 Производство продуктов питания 35 Прокариоты 9 Протерозой 9 Протерофит 9 Процеживание 121 Пульпа 141 анаэробная стабилизация 141 стадии переработки 141 Пылеуловитель 101 барботажно-пенный 107 вихревой 103 жалюзный 101 мокрый 106 ротационный 103

Радиоактивное загрязнение 59 Радиофотоэлементы 161 Растительность значение 35 сокращение биоценозов 42 сокращение генофонда 42 Расчет допустимого состава сточных вод 119 кратности разбавления сточных вод 119 ПДВ 88 ПДТ 101 Рафинат 130 Рациональное использование атмосферы 163 гидросферы 164 леса 169 почвы 165 природных ресурсов 163 ресурсов живой природы 168 Рациональное природопользование принципы 153 Реактор каталитический 113 Регенерация ионитов 129 Редуценты 8 Ректификация 131 пароциркуляционная 132 простая 131 Рекультивация нарушенных земель 166 Ресурсы атмосферы 29 биомассы 34 воды 30 суши 32 фитоценозов 33 Ресурсы биосферы 29 воздействие человека 29

187

исчерпаемые 29 классификация 29 незаменимые 29 неисчерпаемые 29 Римский клуб 68 Рост численности людей 28, 154 причины 154 Сжигание 111 Синэкология 7 Скруббер Вентури 106 форсуночный 106 центробежный 106 Собственность компонентов биосферы 155 Способ адсорбции примесей динамический 128 противоточный 127 статический 127 фронтальный 127 Сточная вода 117 адсорбенты примесей 127 восстановление примесей 124 нейтрализация 123 окисление примесей 123 очистка 120 очистка адсорбцией 127 расчет состава 119 Сукцессия 21 в водной среде 22 вторичная 22 значение 23 первичная 21 экологическая 21 Суша 32 Схемы экстракции 130

Топические отношения 11 Требования к лесопользованию 169 Трофические отношения 11 Туманоуловитель 107 Ультрафильтрация 123 Устойчивое развитие биосферы 79, 82 Российской Федерации 82 Факторы, губительно воздействующие на биосферу 155 Фанерозой 9 ФАО 66 Физическое загрязнение, виды 56 Фильтр рукавный 105 Фильтр сажи перегородчатый 116 сотовой 116 Фильтрование сточных вод 122 Фильтроэлемент 104 Фитоценоз 6 Флокулянт 124 Флотатор импеллерный 126 напорный 125 Флотация 125 ФНПР 76 Фотосинтез 13, 35 Хемосорбция 107 Циклон 102 Шум 56

Твердые отходы виды 54, 146 Токсиканты 56

Эвапорация 132 Эвапотранспирация 20

188

Эволюция человека 10 Экологические пирамиды 14 Экологические факторы абиотические 11 антропогенные 11 биотические 10 климатические 11 природные 11 химический 11 эдафический 11 Экологическое нормирование 87 Экологическое правонарушение 94 административное 95 дисциплинарное 95 наказание 96 уголовное 95 Экологическое просвещение населения 3, 162 Экологическое равновесие 24 Экология 6 Экосистема 7 ЭКОСОС 65 Экспертиза экологическая 91 методы 92 Экстрагент 130 требования 130

Экстракт 129 Экстракционный реагент 130 Экстракция 129 Электродиализ 134 Электродиализатор 134 Электрокоагуляция 133 Электромагнитное излучение 58 защита 58 источники 58 Электрофильтр 103 Электрохимическое восстановление 133 Электрохимическое окисление 133 Энергетические проблемы пути решения 160 Эрозия 41 ЭСКАТО 68 Эффективность потока энергии 14 фотосинтеза 14 Эффективность очистки воздуха 101 ЮНЕП 65 ЮНЕСКО 65

189

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие.................................................................................. 3 1. ОСНОВЫ УЧЕНИЯ О БИОСФЕРЕ .................................... 5 1.1. Понятия и терминология..................................................... 5 1.1.1. Предмет курса охраны биосферы............................... 5 1.1.2. Понятия, терминология............................................... 7 1.1.3. Экология ....................................................................... 7 1.1.4. Экосистемы .................................................................. 8 1.2. Возникновение жизни и эволюция биосферы.................. 9 1.2.1. Стадии эволюции Земли и биосферы ........................ 9 1.2.2. Эволюция человека ..................................................... 10 1.3. Факторы, воздействующие на биосферу.......................... 11 1.3.1. Факторы, воздействующие на живые организмы..... 11 1.3.2. Факторы, воздействующие на природную среду...... 12 1.4. Круговорот вещества и энергии в биосфере .................... 13 1.4.1. Круговорот биогенного вещества и энергии в биосфере................................................................... 13 1.4.2. Круговорот углерода, азота, фосфора, кислорода, воды ............................................................................. 16 1.5. Эволюция и равновесие экосистем.................................... 22 1.5.1. Экологическая сукцессия............................................ 22 1.5.2. Сукцессия в водной среде........................................... 23 1.5.3. Значение экологической сукцессии ........................... 23 1.5.4. Гомеостаз экологических систем ............................... 25 Контрольные вопросы........................................................ 26 2. РЕСУРСЫ БИОСФЕРЫ И ВОЗДЕЙСТВИЕ НА НИХ ЧЕЛОВЕКА.. ....................................................... 28 2.1. Этапы воздействия человека на биосферу ....................... 28 2.2. Ресурсы биосферы................................................................. 30 2.2.1. Виды ресурсов биосферы............................................ 30 2.2.1. Ресурсы атмосферы ..................................................... 30 2.2.3. Ресурсы гидросферы ................................................... 31 2.2.4. Ресурсы суши ............................................................... 33 2.2.5. Ресурсы живой природы ............................................. 35 2.3. Воздействие человека на природные ресурсы................. 39 2.4. Загрязнение природной среды............................................ 46 2.4.1. Характеристика загрязнений ...................................... 46 2.4.2. Загрязнение атмосферы............................................... 47 2.4.3. Загрязнение гидросферы............................................. 52 2.4.4. Загрязнение биолитосферы......................................... 55

190

2.4.5. Биологическое загрязнение ........................................ 57 2.4.6. Физическое загрязнение.............................................. 58 2.4.7. Радиоактивное загрязнение ........................................ 60 Контрольные вопросы ................................................................ 64 3. ОРГАНИЗАЦИЯ ОХРАНЫ БИОСФЕРЫ .......................... 66 3.1. Природоохранные организации ......................................... 66 3.1.1. Международные природоохранные организации..... 66 3.1.2. Специализированные международные природоохранные структуры ....................................... 68 3.1.3. Международные экологические движения ............... 69 3.1.4. Природоохранные организации РФ ........................... 71 3.2. Мероприятия по охране биосферы .................................... 78 3.2.1. Виды природоохранных мероприятий ...................... 78 3.2.2. Международные конференции по охране природы . 79 3.2.3.Устойчивое развитие Российской Федерации .......... 83 3.3. Правовая охрана биосферы................................................. 84 3.3.1. Правовые документы по охране биосферы ............... 85 3.3.2. Финансирование природоохранных мероприятий ... 87 3.3.3. Нормирование качества природной среды................ 88 3.3.4. Контроль состояния природной среды ...................... 90 3.3.5. Экологическая экспертиза .......................................... 92 3.3.6. Ответственность за экологические правонарушения ............................................................ 95 Контрольные вопросы ................................................................ 97 4. ОХРАНА БИОСФЕРЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ...................... 99 4.1. Общие положения ................................................................. 99 4.2. Очистка воздуха от загрязнений ........................................ 100 4.2.1. Общие сведения ........................................................... 100 4.2.2. Очистка выбросов от пыли и аэрозолей .................... 102 4.2.3. Очистка воздуха от газо- и парообразных загрязнений .................................................................... 109 4.2.4. Очистка выбросов автотранспорта ............................ 114 4.3. Методы очистки воды от загрязнений.............................. 117 4.3.1. Общие сведения ........................................................... 117 4.3.2. Гидромеханические методы очистки сточных вод... 121 4.3.3. Химические методы .................................................... 124 4.3.4. Физико-химические методы ....................................... 125 4.3.5. Электрохимические методы ....................................... 133 4.3.6. Биохимические методы............................................... 136 4.3.7. Переработка водных суспензий (пульп).................... 142 4.4. Очистка суши от загрязнений ............................................ 144

191

4.4.1. Общие сведения ........................................................... 144 4.4.2. Охрана почв от загрязнений ....................................... 144 4.4.3. Утилизация и переработка твердых отходов ............ 147 Контрольные вопросы ................................................................ 150 5. ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ ...................................................... 154 5.1. Принципы рационального природопользования ........... 154 5.2. Глобальные меры по предотвращению угрозы экологической катастрофы ............................................... 155 5.2.1. Оптимизация роста народонаселения........................ 156 5.2.2. Меры по возрождению плодородия земель .............. 160 5.2.3. Меры по сохранению и возрождению лесов............. 161 5.2.4. Пути решения энергетических проблем .................... 163 5.2.6. Экологическое просвещение населения .................... 164 5.3. Рациональное использование природных ресурсов ....... 164 5.3.1. Рациональное использование ресурсов атмосферы . 164 5.3.2. Рациональное использование ресурсов гидросферы 165 5.3.3. Рациональное использование ресурсов литосферы.. 166 5.3.4. Рациональное использование ресурсов живой природы.......................................................................... 169 5.4. Безотходная и малоотходная технология ......................... 171 Контрольные вопросы ................................................................ 175 Библиографический список ....................................................... 178 Предметный указатель.............................................................183

192

Учебное издание Батенков Владислав Александрович

ОХРАНА БИОСФЕРЫ

Учебно-методическое пособие

Редактор: Н.Я. Тырышкина Подготовка оригинал-макета: В.А. Батенков

Лицензия ЛР № 020261 от 14.01.1997 г. Подписано в печать 9.09.2002. Печать офсетная. Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 11,3. Тираж 100 экз. Заказ . Типография Алтайского госуниверситета:

656099, Барнаул, ул. Димитрова, 66 193