Техногенное загрязнение окружающей среды

Все части биосферы (атмосфера, гидросфера, литосфера) под­вергаются активному загрязнению различными веществами и их соединениями.

2 Киршин

Атмосфера.Это смесь газов, не вступающих во взаимодействие при обычных природных условиях. Состав атмосферы у поверхно­сти Земли (до высот около 50 км) остается постоянным: азот — 78,08%, кислород — 20,95%, аргон — 0,9%, в незначительных долях процента — углекислый газ, гелий и другие газы. Особое место среди малых примесей занимает озон (2...7)10~^б %. Он силь­но поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца, обладающее большой биологической активностью и при больших интенсив-ностях губительно действующее на органическую жизнь в целом. Основная масса озона сосредоточена в слое атмосферы 15 —55 км с максимумом концентрации на высотах 20 — 25 км.

На стандартный химический состав атмосферы всегда накла­дывается некоторое количество примесей естественного проис­хождения. К числу примесей, выделяемых естественными исто­чниками, относятся:

пыль (вулканического, растительного, космического происхож­дения; выделяющаяся при выветривании почвы и горных пород; частицы морской соли, попадающие в воздушные массы при вол­нении морей и океанов). Например, при выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно в атмосферу попадает 3,5 тыс. т ртути;

дым и газы от лесных и степных пожаров, газы вулканического происхождения;

продукты растительного и животного происхождения.

Все эти источники имеют стихийный кратковременный харак­тер и пространственно распределены локально.

Уровень загрязнения атмосферы естественными примесями является для нее фоновым («химический фон») и мало изменяет­ся со временем.

Состояние и состав атмосферы во многом определяют интен­сивность солнечной радиации на поверхности Земли. Экраниру­ющая роль атмосферы в процессе передачи тепловой энергии от Солнца к Земле и от Земли в Космос влияет на среднюю темпе­ратуру биосферы, которая составляет около +15°С.

Основная доля солнечной радиации передается поверхности Земли как видимое излучение и отражается от земной поверхно­сти в виде инфракрасного (теплового) излучения. Поэтому доля отраженной лучистой энергии, поглощаемой атмосферой, зави­сит от ее газового состава и содержания в ней пыли. Чем больше концентрация примесных газов и пыли, тем меньше отраженной солнечной радиации уходит в космическое пространство и тем больше тепловой энергии остается в атмосфере (парниковый эф­фект).

Как показывают расчеты и измерения, рост концентрации уг­лекислого газа в атмосфере Земли приводит к небольшому росту температуры у ее поверхности: на +0,05, +0,17 и +0,46 °С соответ-

ственно в 1978, 2000 и 2025 гг., что существенно влияет на изме­нение климата.

Основные загрязнители атмосферы — автотранспорт, предпри­ятия металлургии, теплоэнергетики, химической промышленно­сти, производства стройматериалов, на долю которых приходятся соответственно 30, 26, 25, 8 и 6% выбросов.

Так, только при сжигании углеводородных топлив в атмосфе­ру планеты ежегодно выбрасываются около 400 млн т сернистого газа и оксидов азота (или по 70 кг на каждого жителя Земли). При этом следует учесть, что потребности человечества в энергоноси­телях растут со скоростью 3 — 4% в год, т.е. удваиваются каждые 20 —30 лет.

Нарастающее химическое загрязнение воздушного бассейна крупных городов может рассматриваться как экологическая ЧС. Так, при среднегодовом пробеге легкового автомобиля около 15 000 км он потребляет около 4350 кг кислорода и выбрасывает в атмосферу 3250 кг углекислого газа, 530 кг монооксида углерода и около 1 кг свинца.

Перечислим самые распространенные вещества, загрязняющие атмосферу: диоксид серы (SO₂) — 17,5%, оксиды углерода (СО, СО₂) — 15 %, оксиды азота (NO, NO₂) — 14,5 %, твердые приме­си (пыль, сажа) — 14,5 %.

Установлено, что в атмосферу ежегодно выбрасывается пыли, млн т: при сжигании каменного угля — 93,6, при производстве цемента — 53,4, металлургическими предприятиями — 26,7.

Большая часть примесей атмосферного воздуха в городах про­никает в жилые и прочие помещения. В летнее время (при откры­тых окнах) состав воздуха в помещении соответствует атмосфер­ному на 90 %, в зимнее — на 50 %.

Значительное влияние на озоновый слой оказывают фреоны — газы или летучие жидкости, содержащие фтор и хлор. Продолжи­тельность их «жизни» в атмосфере составляет около 100 лет, вслед­ствие чего происходит накопление примесей в озоновом слое. Источники поступления фреонов: холодильные установки при нарушении герметичности теплового контура, бытовые баллон­чики для распыления разных веществ и т.д.

В результате техногенного воздействия на атмосферу возмож­ны:

превышение допустимых концентраций вредных примесей в городах и населенных пунктах;

образование смога и кислотных дождей;

появление парникового эффекта, способствующего повыше­нию средней температуры поверхности Земли.

Гидросфера.Земля почти на три четверти покрыта водой. В за­висимости от концентрации солей естественные воды подразде­ляются на пресные (концентрация солей не более 1 г/л) и морс-

кие. На долю пресной воды приходится около 3 % общей массы воды, причем 2 % заключены в малодоступных льдах.

Наиболее удобны для использования речные и озерные воды. Как правило, они бывают минерализованы в той или иной степени в основном за счет растворимых в них солей кальция, магния и др.

Морская вода по химическому составу одинакова в пределах Мирового океана. Средняя концентрация соли в ней составляет

3.5 %, и в отличие от пресной воды соли представлены в основ­ном хлоридами.

Характерная особенность техногенного загрязнения окружа­ющей природной среды — поступление в нее из техносферы не­свойственных ей газообразных, аэрозольных, твердых и жидких загрязнителей.

Основные загрязнители гидросферы: бытовые и промышлен­ные стоки коммунально-бытовых объектов, объектов пищевой, медицинской, целлюлозно-бумажной промышленности; сельское хозяйство (около Уз вносимых в почву удобрений вымывается в реки и озера); морской транспорт (прежде всего, нефть из танке­ров — около 0,1 % годовых перевозок нефти попадает в море).

Ежегодно из мирового стока в гидросферу поступает 26,5 млн т нефтепродуктов (что составляет примерно 1 % их производства), 0,46 млн т фенолов, 5,5 млн т отходов производства синтетиче­ских волокон, 0,17 млн т растительных органических остатков.

Воздействие техносферы на гидросферу приводит к следующим негативным последствиям:

- снижаются запасы питьевой воды с допустимым содержанием примесей;

изменяется состояние и развитие флоры и фауны океанов, морей, рек и озер;

нарушается естественный круговорот многих веществ в био­сфере.

Загрязнение земель обусловлено, прежде всего, сельскохозяй­ственным производством (удобрения и пестициды). Оно может привести:

к сокращению пахотных земель и уменьшению их плодородия;

насыщению растений вредными веществами, что неизбежно влечет загрязнение продуктов питания (в настоящее время до 70 % вредного воздействия на человека приходится на пищевые про­дукты);

нарушению равновесия экосистем вследствие гибели насеко­мых, птиц, животных, некоторых видов растений.

В конкретной местности загрязнение атмосферы, а вслед за ним воды и почвы, формируется за счет следующих трех составляющих:

глобальной, обусловленной наличием на Земле многочислен­ных источников промышленного загрязнения и их трансграни­чным переносом на большие расстояния;

региональной, связанной с выбросами в данном промышлен­ном регионе;

локальной (местной), обусловленной выбросами конкретного объекта в данной местности.

При дальнем переносе скорость распространения воздушных масс обычно составляет сотни километров в сутки. Поэтому на большие расстояния могут распространяться только те химиче­ские вещества, у которых время жизни в атмосфере превышает 12 ч. Для заметного накопления вредных веществ (поступающих из ат­мосферы) в почве и воде время их жизни в этих средах должно быть не менее года. К долгоживущим примесям относятся СО₂, фреоны и ряд других. Время жизни порядка десяти суток и менее имеют оксиды серы и азота.

Содержание долгоживущих примесей мало зависит от распре­деления источников выбросов не только в региональном, но и глобальном масштабе. Средняя их концентрация по земному шару примерно одинакова.

Содержание короткоживущих примесей существенно зависит от количества источников выбросов и метеоусловий. Так, в про­мышленных районах концентрация оксидов серы обычно в не­сколько раз выше, чем в сельской местности, и в 10—100 раз выше, чем над океанами.

Для обеспечения требований экологической безопасности со­держание всей номенклатуры химических веществ, поступающих в окружающую среду, строго регламентируется. Для этих целей используют два основных количественных показателя:

предельно допустимую концентрацию (ПДК);

предельно допустимый выброс (ПДВ).

Предельно допустимая концентрация — максимальная концент­рация (масса примеси (г) в единице объема (л) воздуха, воды или массы (кг) почвы), которая не оказывает прямого или кос­венного вредного действия на человека, его потомство и санитар­ные условия жизни. В настоящее время установлены ПДК в расче­те на среднего человека для воздушной среды предприятий, ат­мосферы городов и других населенных пунктов, для воды откры­тых водоемов. Установлены ПДК в почвах по содержанию пести­цидов, тяжелых металлов, органических соединений. Среднесу­точная ПДК усредняется за длительный промежуток времени, вплоть до года. Указанные ПДК рассчитываются с учетом гло­бальной и региональной составляющих техногенного химическо­го фона.

В зависимости от норм ПДК водоисточники подразделяются на две категории: источники хозяйственно-питьевого назначения, в том числе для водоснабжения предприятий пищевой промыш­ленности, и водоемы в черте населенных пунктов, а также для купания, спорта, отдыха.

Гигиенические требования к хозяйственно-питьевым, рыбо-хозяйственным водоисточникам, а также требования к питьевой воде регламентируются соответствующими стандартами и сани­тарными нормами.

В целях практического контроля поступления вредных веществ в окружающую природную среду от источника выбросов для него на основе установленных ПДК рассчитывают ПДВ вредных ве­ществ. ПДВ устанавливается для каждого стационарного и под­вижного источника соответствующими нормативными докумен­тами (например, «Санитарные нормы проектирования промыш­ленных предприятий» СН-245-71).