Обеспечение экологической безопасности потенциально опасных видов деятельности

Роль хімії в розв'язанні екологічних проблем

Екологія – наука, яка досліджує закономірності жіттєдіяльності організмів в природному середовищі, з урахуванням змін, що вносить в навколишнє середовище діяльність людини.

Негативний вплив на рослинний та тваринний світ спричиняють як хімічні, так і фізичні фактори. З фізичних факторів можна відмітити радіаційне забруднення, вплив підвищених електромагнітних випромінювань, дію звукових, ультра- та інфразвукових хвиль. Велику шкоду природі наносять хімічні чинники.

Хімічні та фізико-хімічні методи є основними методами знешкодження та виділення шкідливих речовин. Методи хімічної технології є основними методами, які дозволять впровадити маловідходні та безвідходні промислові технології. Хімія також грає вирішальну роль в розробці та впровадженні техологій переробки відходів промисловості, сільського господарства та побутових відходів.

Продукти горіння та захист повітряного басейну від забруднень.

Токсичність продуктів горіння

Атмосфера – газова оболонка Землі. Її маса складає 5,9 ž10¹⁵ т. Основними компонентами нижчих шарів атмосфери є азот (78,1 об.%), кисень (20,9 %). З інших складових атмосфери можна відмітити аргон (0,9 %) і вуглекислий газ (0,033%). Крім того, в повітрі можуть знаходитися: вода в вигляді пари або в конденсованому стані, пил.

Існують два головних види забруднення атмосфери: природний і штучний (антропогенний). Основними джерелами штучного забруднення атмосфери є теплоенергетика, нафто-газова промисловість, чорна та кольорова металургія, хімічна промисловість та транспорт. Найбільше забруднюють атмосферу викиди теплових електричних станцій (ТЕС). За один рік в атмосферу ТЕС викидають десятки тон СO₂, сотні мільйонів тон CO, SO₂ та оксидів нітрогену. Вуглекислий газ утворюється при спалюванні майже всіх видів палив (вугілля, мазуту, газу). Продукти горіння, що потрапляють до атмосфери, беруть участь у вторинних реакціях:

2NO + O₂ = 2NO₂ , 2 SO₂. + O₂ = 2SO₃ , NO₂ + O₂ = NO + O₃ ,

4NO₂ + O₂ + 2Н₂О = 4НNO₃ , SO₂. + Н₂О = Н₂SO₃ , SO₃. + Н₂О = Н₂SO₄ .

Небезпечними є наслідки збільшення в атмосфері вмісту вуглекислого газу. Щорічно кількість вуглекислого газу збільшується на 0,4%. Завдяки поглинанню вуглекислим газом теплового випромінювання з поверхні землі, підвищується середня температура навколишнього середовища (парниковий ефект). Це явище може привести до суттєвих змін клімату (глобальне потепління).

Гострою є проблема забруднення повітря “кислими газами” (SO₂ , NO, NO₂, SO₃). В атмосфері з цих газів і води поступово утворюються сульфатна та нітратна кислоти. Це, в свою чергу, приводить до випадання “кислих дощів”. За останні роки рН дощової води знизилось з 5,6 до 4,0.

В наш час особливо гостро стоїть проблема захисту озонового шару Землі. Хоча кількість озону в атмосфері дуже мала (2×10^-6 % за об’ємом), він відіграє дуже важливу роль у збереженні тваринного і рослинного світу від дії жорсткого ультрафіолетового випромінювання Сонця. Руйнування озону відбувається внаслідок його взаємодії з багатьма речовинами. Найбільшу небезпеку в цьому плані представляють галогенпохідні вуглеводнів – фреони. Згідно з міжнародними домовленостями, припинено виробництво і поступово припиняється застосування фреонів.

Приклад 58.

Запропонуйте методику очищення газів від сірководню. Наведіть рівняння відповідних реакцій.

Розв’язання.

Сірководень (Н₂S) – токсичний газ. Ця речовина прявляє кислотні властивості, тому для її поглинання можна використовувати речовини основної природи. Наприклад для поглинання Н₂S можна використати розчини лугів:

Н₂S + 2КОН = К₂S + 2Н₂О.

В разі наявності в газах інших кислих компонентів, сірководень можна окислити за реакцією:

2Н₂S + SО₂ = 3S + 2Н₂О.

Сірку, що утворюється під час реакції, можна відділити за допомогою фільтрів.

Захист водного басейну від забруднення

Потреби людства у прісній воді величезні. В промисловості, сільському господарстві і побуті витрачається за рік більше 3000 км³ прісної води. З ростом промисловості, сільського господарства та сфери побуту збільшуєтся забруднення водного басейну. Основними джерелами забруднення природних вод є промислові та побутові стічні води. В багатьох розвинутих країнах суттєво знижують якість води так звані, “кислі дощі”. Вони утворюються внаслідок взаємодії “кислих газів”(SO₂ , NO, NO₂, SO₃) з парою води та киснем. При цьому відбуваються такі процеси:

SO₂ + Н₂O = Н₂ SO₃ , 2Н₂ SO₃ +О₂ =2Н₂ SO₄ ,

2NO + О₂ = 2NO₂ , 4NO₂ + 2Н₂O + О₂ = 4НNO₃ .

Водні розчини кислот, що утворилися таким чином, попадають в грунт, ріки та озера. Це приводить до збільшення кислотності поверхневих вод, і в свою чергу, негативно впливає на розвиток рослин і тварин.

Основними методами боротьби з забрудненням є вдосконалення виробництв таким чином, щоб вони зменшували викиди токсичних речовин (безвідходні та маловідходні технології), заміна деяких токсичних речовин на нетоксичні або малотоксичні.

Для вже існуючих виробництв, у випадках неможливості їх модернізації згідно з екологічними вимогами, треба застосовувати методи для очищення викидів від небезпечних речовин.

Існує багато методів очищення стічних вод. Основними з них є механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні та термічні методи.

Механічні методи очищення застосовуються для виділення твердих нерозчинних домішок. Для цього використовуються методи відстоювання і фільтрації.

Хімічні методи очищення застосовуються для видалення зі стічних вод розчинених домішок. Ці методи пов’язані з використанням реагентів, які вступають в хімічні реакції зі шкідливими компонентами, внаслідок чого ці речовини окислюються або відновлюються з одержанням малотоксичних речовин або перетворюються в нерозчинні сполуки, які виділяються у вигляді осаду.

Біохімічні методи очищення стічних вод вважаються основними при кінцевому очищенні побутових стічних вод від органічних домішок, які легко окислюються мікроорганізмами.

Приклад 59.

Як очистити промислові стічні води від сполук ніколю? Наведіть рівняння відповідних реакцій.

Розв’язання.

Розчинені сполуки ніколю є токсичними речовинами тому їх викиди в воду або грунт неприйнятні з екологічних міркувань.

При великому вмісті сполук ніколю у воді іх можна виділяти електролізом:

(К) Ni²⁺ +2e = Ni, 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^– (побічний процес).

Ніколь також можна відновити за допомогою більш активного металу:

Ni²⁺ + Fe = Ni + Fe²⁺

При цьому требу взяти до уваги, що розчин забруднюється іонами більш активного металу (Fe²⁺).

Крім того, ніколь можна виділити в вигляді нерозчиненої речовини:

Ni²⁺ + 2OH^– = Ni(OH)₂¯

Літосфера та її забруднення

Літосфера представляє собою тверду оболонку Землі товщиною 30-40 км. Більша частина поверхні суші покрита порівняно тонким шаром грунту. Грунт складне природне тіло, яке утворилось протягом тисячоліть при руйнуванні гірських порід під дією фізичних, хімічних і біологічних чинників.

На погіршення якостей грунту впливають такі фактори: ерозія, засуха і забруднення токсичними речовинами. Особливо небезпечне забруднення грунтів солями важких металів і отрутохімікатами. Вони викликають загибель організмів і тварин, які існують в грунті. Це, в свою чергу, призводить до загибелі рослин.

Складною є проблема знешкодження відходів органічних речовин. З кожним роком збільшується обсяг відходів пластмас. Більшість з них дуже повільно руйнуються в природних умовах, тому якщо відходи пластмас не переробляти, вони будуть накопичуватись на звалищах. Цю проблему розв’язують певними шляхами. По-перше, це вторинне використання, по-друге, переробка їх в органічні продукти, по-третє, частину пластмас можна спалювати і одержувати при цьому тепло. Останнє не відноситься до пластмас, які під час горіння утворюють токсичні продукти.

Забруднення навколишнього середовища вогнегасними засобами.Проблема фреонів

Під час гасіння пожеж, крім води, використовується багато інших вогнегасних речовин, які можуть забруднювати навколишне середовище. Так, широке застосування пін в пожежогасінні призводить до забруднення землі та грунтових вод поверхневоактивними речовинами, які входять до складу піноутворювачів. Поверхневоактивні речовини білкового походження відносно швидко розкладаються в навколишньому середовищі, такі речовини називають “біологічно м’якими”. Поверхневоактивні речовини на основі фторованих вуглеводнів з значно меншою швидкістю перетворюются в навколишньому середовищі на нешкідливі стійкі речовини, вони відносяться до “біологічно жорстких” речовин. Вже розроблені достатньо ефективні біологічно м’які фторпротеїнові піноутворювачі.

Більшість порошкових засобів пожежогасіння є малотоксичними речовинами. Деякі з них використовують в якості мінеральних добрив. Так, NH₄H₂PO₄ i (NH₄)₂HPO₄ входять до складу вогнегасних порошків “П-1А” і “ПФ”, використовуються в якості фосфорних добрив. K₂SO₄ – компонент вогнегасного порошку “КС”, КСl входе до складу вогнегасних порошків “ПХ” і “ПГС”, одночасно є калійними добривами. Карбонати і гідрокарбонати натрію, калію та амонію (складові порошків “ПСБ-3”, “ПС”, “ПМ”) також малотоксичні речовини. Але при застосуванні порошкових засобів пожежогасіння треба зважати на те, що їх попадання на шкіру та особливо в органи дихання та зору (вони утворюють стійкі аерозолі) небезпечнє для людини. Тому при застосуванні таких засобів пожежогасіння треба використовувати спецодяг, респіратори, захисні маски або протигази.

З газових вогнегасних засобів найбільш ефективними є засоби, до складу яких в якості інгібіторів горіння входять фреони (бромпохідні вуглеводнів). Але через їх сильніу озоноруйнуючу дію, газові засоби пожежогасіння, до складу яких вони входять, згідно з Монреальскою конвенцією, поступово виводяться з експлуатації. Замість фреонів запропоновано фторовані вуглеводні з малою озоноруйнуючою дією, але їх вогнегасна ефективність значно нижча. В якості інших замінників фреонів також запропоновано суміші нетоксичних газів з нульовою озоноруйнуючою дією (суміш СО₂ , N₂ , Аr під назвою “інерген”). Але за вогнегасною ефективністю такі засоби теж значно поступаються не тільки фреонам, а й вуглекислому газу.

Проблема радіоактивних відходів

Основними джерелами радіаційного забруднення навколишнього середовища є уранова промисловість, атомні електростанції, радіохімічна промисловість, виробництво ядерної зброї. Велику шкоду навколишньому середовищу нанесли випробування атомної зброї. В наш час з кожним роком збільшується кількість атомних електростанцій (АЕС).

Для попередження радіоактивного опромінювання персоналу АЕС навколо реактора роблять біологічний захист. Основними матеріалами для біологічного захисту є бетон, вода, серпентиновий пісок. На АЕС допускаються невеликі викиди радіоактивних газоподібних відходів, які містять радіоактивні ізотопи інертних газів. Ці гази викидаються крізь вентиляційну трубу АЕС. Під час роботи АЕС в реакторах накопичуються радіоактивні відходи, які поступово видаляються з реакторів. Спочатку радіоактивні відходи зберігаються на території АЕС. Після зменшення їх ативності їх відправляють на переробку. Після виділення з них потрібних в промисловості радіаційних матеріалів, відходи переводять у твердий стан і захоронюють в спеціальних сховищах багатотермінового зберігання.

Приклад 60.

Чому для очищення навколишнього середовища від радіоактивних відходів не можна використати відділення радіактивних ізотопів від нерадіоактивних хімічними методами.

Розв’язання.

Ізотопи як радіактивні, так і нерадіоактивні, мають практично одні і такі ж самі хімічні властивості. Це пояснюється тим, що будова електроних оболонок залежить тільки від заряду ядра і не залежить від атомної маси.

Запитання для самоконтролю.

1. Що вивчає наука екологія?

2. Які продукти забруднюють повітря під час горіння?

3. Що таке “кислі дощі”? Як вони виникають?

4. Які існують основні методи очищення стічних вод?

5. Які відходи називають хімічними, а які - радіоактивними?

6. В чому полягає проблема фреонів?

Обеспечение экологической безопасности потенциально опасных видов деятельности

В подготовленном в 2003 г. докладе рабочей группы президиума Государственного совета Российской Федерации (руководитель рабочей группы – Губернатор Астраханской области А.П.Гужвин) имеется раздел, посвященный экологической безопасности. В нем, в частности, говорится следующее:

«Обеспечение экологической безопасности является одним из приоритетных направлений государственной политики. Оно направленно на решение следующих основных задач:

- обеспечение экологической безопасности потенциально опасных видов деятельности;

- реабилитация территорий и акваторий, пострадавших в результате техногенного воздействия на окружающую среду;

- улучшение качества жизни и здоровья населения путем улучшения экологических показателей окружающей среды;

- выявление и минимизацию экологических рисков для природной среды и здоровья населения;

- предотвращение террористических актов, вызывающих ухудшение экологической обстановки и деградацию природной среды;

- контроль за ввозом, использованием и распространением на территории страны чужеродных видов и генетически измененных организмов.

Для обеспечения экологической безопасности необходимо в ближайшее время приступить к безотлагательной реализации комплексов мероприятий в следующих областях:

- обеспечение ядерно-радиационной и химической безопасности и при проектировании, строительстве, эксплуатации и выводе из эксплуатации промышленных и энергетических объектов, включая планомерную ликвидацию имеющихся накопителей токсичных отходов;

- обеспечение экологической безопасности деятельности Вооруженных Сил, других войск, воинских формирований, а также при разоружении и утилизации запасов старого оружия и военной техники;

- реабилитация зон экологического бедствия, территорий и акваторий, подвергшихся негативному влиянию хозяйственной и военной деятельности, в том числе радиационному и химическому загрязнению;

- оказание адресной помощи группам населения, проживающим в зонах экологического бедствия, зонах техногенных и природных катастроф или пострадавшим от экологически опасной деятельности; поэтапное переселение населения из зон экологического бедствия, не поддающихся реабилитации;

- своевременное прогнозирование и выявление возможных экологических угроз; осуществление мер по снижению риска чрезвычайных ситуаций с негативными экологическими последствиями;

- предотвращение неконтролируемого распространения чужеродных видов и генетически измененных организмов в природной среде и агросистемах и ликвидация последствий этих процессов».

Общеизвестно, что ведущими факторами облучения населения Российской Федерации являются природные и медицинские источники. На долю первых приходится 70%, на долю вторых – 29% ионизирующего облучения. Доля техногенных источников невелика и составляет менее 1%, в том числе – 0,14% - за счет деятельности предприятий, использующих источники ионизирующего излучения.

На первый взгляд ситуация не вызывает тревоги. Но такая характеристика сходна с попыткой охарактеризовать состояние больных по средней температуре в больнице. Действительно, «средняя» ситуация «спокойная», но многие локальные проблемы далеки от такой характеристики. Есть целые регионы в стране, где сказываются серьезные последствия предыдущей хозяйственной и военной деятельности, оставившей серьезные следы на радиационном фоне этих регионов. Это всем памятная авария на Чернобыльской АЭС, затронувшая несколько российских регионов. Менее известные аварии на ПО «Маяк» в 60-е и 70-е годы прошлого века. Последствия военной деятельности в местах базирования Тихоокеанского и Северного флотов.

Значительное количество атомных электростанций в России тоже не внушает большого оптимизма (в мире эксплуатируется более 400 энергоблоков, из них в России – около 50 энергоблоков, дающих 70% электроэнергии). Срок эксплуатации многих из них приближается к критическому, в результате чего они должны быть реконструированы, либо превратятся в хранилища радиоактивных отходов.

На территории России находится около 15 полигонов по захоронению радиоактивных отходов. Кроме собственных отходов там хранятся отходы с территорий стран СНГ и других стран, где в свое время СССР сооружал реакторы.

Закон об охране окружающей природной среды от 1991 года запрещал ввоз радиоактивных отходов: «Ввоз в целях хранения или захоронения радиоактивных отходов и материалов из других государств, затопление, отправка в целях захоронения в космическое пространство радиоактивных отходов и материалов запрещаются» (ст.50).

В указанном выше законе существовало и следующее положение: «Запрещается размещение токсичных отходов, в том числе отходов атомной промышленности на территориях вблизи городов и других населенных пунктов, в лесопарковых, курортных, лечебно-оздоровительных, рекреационных зонах и иных местах, где может быть создана опасность для здоровья населения и состояния окружающей среды» (ст.54).

В 2001 г. были приняты поправки в закон, разрешающие ввоз в страну на переработку радиоактивных отходов из других стран, не связанных с Россией старыми межправительственными соглашениями.

Процитируем Специальный доклад Уполномоченного по правам человека в Российской Федерации «Экология и нарушение прав человека» (2002):

«Недопустимой считается ситуация, при которой разрешение на ввоз радиоактивных материалов из-за границы устанавливается законом, а порядок ввоза – Постановлением Правительства Российской Федерации…»

Работа над законопроектом сопровождалась бурными обсуждениями и полемикой в российском обществе, начиная с мая 2000 г. Согласно международным договорам Россия обязана принимать отработавшее ядерное топливо из стран, в которые оно было завезено из России. Министерство Российской Федерации по атомной энергии заверяло о безопасности этой акции, объясняя, что отработавшее ядерное топливо – это не одно и то же, что ядерные отходы. Первое, переработанное, должно быть еще использовано, а отходы могут быть только захоронены. Однако российские граждане единодушно высказались против ввоза ОЯТ, боясь превращения страны в радиоактивную свалку. Прошли многочисленные акции протеста, результаты опроса общественного мнения также показали, что 93 процента россиян высказались против ввоза ОЯТ из-за рубежа. Была попытка инициировать проведение всероссийского природоохранного референдума. В то же время средства массовой информации писали, что речь может идти о ввозе 2 тыс. тонн, а также 550 кубометров высокоактивных ядерных отходов (Советская Россия. 2000. 2 ноября).

Тем не менее 6 июня 2001 г. депутаты Государственной Думы Федерального Собрания Российской Федерации большинством голосов приняли поправки к трем законам, разрешив ввоз в страну отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Президент Российской Федерации 10 июля 2001 г. подписал пакет законов, устанавливающих условия ввоза, хранения, переработки и захоронения отработавшего ядерного топлива на территории Российской Федерации, а также регулирующих отношения в области реализации специальных экологических программ реабилитации радиационно загрязненных территорий…

Права граждан на благоприятную окружающую среду, на защиту их здоровья в связи с ввозом в Россию отработавшего ядерного топлива регулируются ныне федеральными законами «О внесении дополнений в Федеральный закон «Об использовании атомной энергии» от 10 июля 2001 г. № 94-ФЗ, «О внесении дополнения в Федеральный закон «Об использовании атомной энергии» от 28 марта 2002 г. № 33-ФЗ, «О специальных экологических программах реабилитации радиационно загрязненных участков территории» от 10 июля 2001 г. № 92-ФЗ. Согласно закону ввоз отработавшего ядерного топлива осуществляется на основании положительного заключения специальной комиссии, которую образует Президент Российской Федерации».

В принятом в 2002 г. Федеральном законе «Об охране окружающей среды», в котором взамен процитированной выше ст.50 закона 1991 г., появилась статья 48, в которой, в частности, записано:

«3. Ввоз в Российскую Федерацию радиоактивных отходов и ядерных материалов из иностранных государств в целях их хранения или захоронения, а также затопление, отправка в целях захоронения в космическое пространство радиоактивных отходов и ядерных материалов запрещаются, кроме случаев, установленных настоящим законом.

4. Ввоз в Российскую Федерацию из иностранных государств облученных тепловыделяющих сборок ядерных реакторов для осуществления временного технологического хранения и (или) их переработки разрешается в случае, если проведены государственная экологическая экспертиза и иные государственные экспертизы соответствующего проекта, предусмотренные законодательством Российской Федерации, обоснованы общее снижение риска радиационного воздействия и повышение уровня экологической безопасности в результате реализации соответствующего проекта.

Ввоз в Российскую Федерацию облученных тепловыделяющих сборок ядерных реакторов осуществляется на основе международных договором Российской Федерации.

Порядок ввоза в Российскую Федерацию облученных тепловыделяющих сборок ядерных реакторов устанавливается Правительством Российской Федерации исходя из основных принципов обеспечения нераспространения ядерного оружия, охраны окружающей среды и экономических интересов Российской Федерации, принимая во внимание приоритетность права возвратить образовавшиеся после переработки радиоактивные отходы в государство происхождения ядерных материалов или обеспечить их возвращение».

С вопросами радиационной безопасности тесно связаны вопросы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. В законе об охране окружающей среды от 1991 г. предусматривалось объявление зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия в зависимости от силы отрицательных воздействий на окружающую среду и население. В 1994 г. был принят федеральный закон «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера», который подвел законодательную базу под зоны чрезвычайных ситуаций (в том числе и экологических). В новом законе об охране окружающей среды (2002 г.) сделаны только краткие отсылающие записи: в отношении зон чрезвычайной экологической ситуации на упомянутый выше закон, а в отношении зон экологического бедствия на несуществующее еще законодательство о зонах экологического бедствия.

В данном учебном пособии рассмотрены региональные аспекты обеспечения безопасности населения Астраханской области.