Розділ 1.антропогенне навантаження на навколишнє середовище

ББК 28081

Г95

УДК 504.054 (075.8)

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України

як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів

(Лист МОН України №14/18.2 - 423 від 23.02.2005р.)

Друкується за ухвалою Вченої ради МДГУ ім. Петра Могили

(протокол № 6 (28) від 10.02.2005р.)

Рецензенти:

Клименко Л.П. – доктор технічних наук, професор Миколаївського державного гуманітарного університету ім. Петра Могили

Радченко М.I. - доктор технічних наук, професор Українського національного морського технічного університету ім. Адмірала Макарова,

Сербін С.І. - доктор технічних наук, професор Українського національного морського університету ім. Адмірала Макарова,

Щербак Ю.Г. – кандидат технічних наук, доцент кафедри техногенної безпеки Миколаївського державного гуманітарного університету ім. Петра Могили

Г 95 Григор’єва Л.І., Томілін Ю.А.

Нормування антропогенного навантаження на навколишнє середовище: Навчальний посібник – Миколаїв: Вид-во, 2005. – 134с.

ISBN 996-7458-81-4 ББК 73

Розглянуто основні види антропогенного навантаження на навколишнє природне середовище та наведено сучасні принципи їх нормування. Описано процеси розповсюдження в атмосферному повітрі та у водному середовищі речовин, які надходять до них в результатів викидів та скидів підприємств. Розглянуто методи визначення концентрацій шкідливих речовин в атмосферному повітрі та в водних об’єктах в залежності від умов їх викиду та скиду. Наведено методи розрахунку гранично-допустимих викидів та гранично-допустимих скидів шкідливих речовин в атмосферне повітря та в водні об’єкти згідно санітарно-гігієнічному принципу нормування. Окремий розділ присвячено існуючим підходам до екологічного нормування антропогенного навантаження на природне середовище.

Для студентів вищих закладів освіти. Може бути корисним екологам, біологам та фахівцям в області екологічної безпеки.

Григор’єва Л.І., Томілін Ю.А., 2005

ISBN 996-7458-81-4 Вид-во, 2005

Зміст:

Вступ... 7

Розділ 1.антропогенне навантаження на навколишнє середовище

§1.1. Забруднення повітряного середовища.. 11

§1.2. Забруднення водного середовища.. 13

§1.3.Забруднення ґрунтів.. 17

§1.4. Сучасні екологічні підходи до існування. 19

1.4.1. Поняття нообіогеоценозу.. 19

1.4.2.Світові тенденції розвитку нооценозу енергетики. 22

1.4.3. Атомна енергетика в Україні.. 29

1.4.4.Вплив на довкілля різних джерел енергії та основні екологічні вимоги існування нооценозу енергетики.. 32

Розділ 2. Основні поняття і принципи нормування

§2.1. Види антропогенного навантаження та його нормування 38

§2.2. Принципи та критерії визначення рівня забрудненості повітряного середовища 44

§2.3. Принципи та критерії визначення рівня забрудненості водного середовища 48

§2.4.Принципи та критерії визначення рівня забрудненості ґрунтів 53

§2.5. Принципи та критерії нормування радіаційного навантаження 55

Розділ 3. Оцінка рівня забрудненості

атмосфери

§3.1. Класифікація категорій стійкості атмосфери... 62

§3.2.Класифікація джерел викиду забруднювачів.. 67

§3.3. Умови та шляхи надходження шкідливих речовин в атмосферне повітря 70

§3.4. Методи розрахунку розсіювання шкідливих речовин в атмосферному повітрі 77

3.4.1. Розрахунок та побудова зон аеродинамічної тіні 77

3.4.2. Розрахунок розсіювання домішок в повітрі при викидах з низьких джерел 81

3.4.3. Розрахунок розсіювання домішок в повітрі при викидах з наземних джерел 85

3.4.4. Розрахунок розсіювання домішок в повітрі при викидах з високих джерел 87

РОЗІДЛ 4. мЕТОДИ розрахункУ гранично-допустимих норм впливу на атмосферне повітря

§4.1. Основні принципи та послідовність робіт при встановленні гранично-допустимих норм... 107

§4.2. Розрахунок фонової концентрації. 111

§4.3. Розрахунок мінімального коефіцієнту розбавлення домішок в атмосфері 112

§4.4. Розрахунок мінімальної висоти джерела викиду шкідливих речовин в атмосферне повітря.. 129

Розділ 5. Розповсюдження шкідливих речовин у водному середовищі

§5.1. Особливості міграції шкідливих речовин у водному середовищі 132

§5.2. Оцінка забруднення водного середовища.. 138

розділ 6. Методи розрахунку гранично-допустимих скидів шкідливих речовин у водне середовище

§6.1. Розрахунок ГДС хімічних речовин у водні об’єкти 143

§6.2. Розрахунок ГДС радіоактивних речовин у водні об’єкти 144

Розділ 7. Екологічна оцінка ҐРУНТІВ... 149

§7.1. Грунтово-екологічний моніторинг.. 149

§7.2. Критерії екологічної оцінки ґрунтів.. 149

РОЗДІЛ 8. Екологічне нормування антропогенного навантаження на природне середовище

§8.1. Принципи екологічного нормування антропогенного навантаження на навколишнє середовище.. 152

§8.2. Сучасні підходи до екологічного нормування антропогенного навантаження на навколишнє середовище.. 154

§8.3. Формування системи екологічного нормування 159

Додатки... 162

Список використаних джерел:. 169

Вступ

На міжнародному форумі в Ріо-де-Жанейро у 1992р. було прийнято рішення “сталого розвитку” світового співтовариства, суть якого полягає в тому, що ніякий вплив людської діяльності на оточуюче природне середовище не повинен змінювати його головні властивості і функціональні особливості, а недостатнє наукове обґрунтування тієї чи іншої екологічної небезпеки природного середовища не можуть слугувати основою для неприйняття заходів з його охорони і захисту. Через таку принципову зміну стратегії в сторону охорони природного середовища (ПС) важливе значення набуває оволодіння знаннями з оцінки розповсюдження речовин у навколишньому природному середовищі при їх викидах та скидах підприємствами або при їх надходженні у ПС через аварійні процеси на виробництві.

Відповідно до природоохоронного законодавства України нормування якості навколишнього середовища відбувається з метою встановлення допустимих (граничних) норм дії шкідливих речовин, які забезпечують екологічну безпеку населення, збереження генофонду та раціонального використання і поновлення природних ресурсів в умовах сталого розвитку господарської діяльності людства. При цьому дію шкідливих факторів пов’язують з антропогенною діяльністю, яка вносить фізичні, хімічні та біологічні зміни в природне середовище в процесі реалізації економічних, рекреаційних і культурних потреб людини.

Техногенне забруднення ПС регламентується відповідними нормативними документами. Нині нормування присутності техногенних сполук у природних біоценозах базується на пріоритетності захисту насамперед людини. Це є головним при встановленні меж гранично допустимих концентрацій (ГДК) таких сполук у воді, повітрі і продуктах харчування.

Однак, людина не є найчутливішим з біологічних видів, і принцип “захищена людина – захищені екосистеми” не є вірним. Санітарно-гігієнічне нормування охоплює усі середовища і різні шляхи надходження шкідливих речовин в організм, але рідко відображає комбіновану дію речовин, а також не враховує ефектів комплексної і поєднаної дії всього різноманіття фізичних, хімічних і біологічних факторів зовнішнього середовища.

В умовах нарощування екологічно значимих виробництв регламентація шкідливого впливу лише за цими стандартами часто не забезпечує захисту природних екосистем. Екологічне нормування вважає допустимим таке навантаження на екосистему, під дією якого відхилення від нормального стану системи не перевищує природних змін, не викликає небажаних наслідків у живих організмах і не веде до погіршення якості середовища.

Встановлення нормативів якості навколишнього середовища засновано на концепції граничності шкідливої дії мінімальної дози речовини, при дії якої в організмі виникають зміни, які виходять за межі фізіологічних і пристосувальних реакцій або викликають в живому організмі відгук, котрий не можна компенсувати гомеостазними механізмами.

Система екологічних нормативів передбачає міждисциплінарну діяльність і постійне вдосконалення екологічних норм і правил на основі тісної взаємодії спеціалістів різного профілю. При розробці наукових основ системи екологічного нормування використовується, як мінімум, два підходи, які засновані на різних уявленнях про шляхи збереження глобальних умов існування людства. Перший підхід допускає, що людство візьме на себе регулюючі функції по забезпеченню стабільності біогеохімічних циклів в планетарному масштабі. Він відображує технократний спосіб мислення. Другий підхід заснований на уявленнях про регуляторну функцію біосфери, яка може успішно здійснюватися тільки при збереженні природного стану екологічних систем різного рангу. Вихідним моментом тут є концепція планетарної ролі живої речовини В. І. Вернадського.

Найвищий рівень екологічної регламентації передбачає обмеження загального антропогенного навантаження на елементарну ландшафтно-географічну одиницю, яка інтегрує все різноманіття діючих природних і техногенних факторів.

Санітарно-гігієнічні і екологічні нормативи визначають якість зовнішнього середовища по відношенню до здоров’я людини і стану екосистем, але не вказують на джерело шкідливої дії і не регулюють його діяльність. Нормативні вимоги до джерел шкідливої дії відображують науково-технічні нормативи. До них відносяться нормативи викидів і скидів шкідливих речовин (ГДВ і ГДС), а також технологічні, будівельні та інші норми і правила з охорони природного середовища. В основу встановлення науково-технічних нормативів покладено наступний принцип: при умові виконання цих нормативів об’єктами господарської діяльності вміст будь-якої суміші у воді, в повітрі і в ґрунті повинен задовольняти вимоги санітарно-гігієнічного нормування.

Автори даного посібника мали за мету якомога повніше показати важливість нормування якості навколишнього середовища для розв’язання проблем охорони здоров’я людини, запобігання негативних соматичних і генетичних змін в живому організмі і поліпшення якості довкілля, ознайомити студентів з методологією визначення рівнів забруднення атмосферного повітря, водного середовища і ґрунтів, а також з принципами нормування вмісту шкідливих речовин в об’єктах навколишнього середовища.

Автори розробили структуру цього навчального посібника, виходячи з вимог екологічної освіти і практичної діяльності спеціаліста-еколога.

Окремими розділами в посібнику представлено: оцінка ступеню забруднення атмосфери, методи розрахунку гранично-допустимих концентрацій шкідливих речовин та гранично-допустимих викидів їх у повітря, розповсюдження шкідливих речовин у водному середовищі, методи розрахунку гранично-допустимих скидів шкідливих речовин у водне середовище та екологічної оцінки ґрунтів. Наприкінці окрема тема присвячена існуючим сьогодні підходам до екологічного нормування антропогенного навантаження на довкілля та розглянуто підхід, який базується на використанні поняття радіоємності екосистеми в якості показника її стабільності та надійності (на основі методології радіоємності екосистем, викладеної в роботах проф. Кутлахмедова Ю.О. [21-24].

Свого часу було видано чудові книжки з теми нормування антропогенного навантаження на природне середовище: Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды – М.: Гидрометеоиздат, 1984 – 560с.; Беспамятнов Г.П., Костов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде Л., Химия, 1985г.-528с.; Джигирей В.С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища: навч. посіб. – 2-ге вид., стер. – К.: Т-во “Знання”, КОО, 2002. – 203с. та інші. Проте відтоді в нормуванні природного середовища з’явилися нові погляди, методи, підходи. В даному посібнику розглянуто основні види антропогенного забруднення навколишнього природного середовища та показано сучасні методи визначення їх розміру і принципи нормування.

Автори висловлюють сердечну подяку рецензентам посібника д.т.н., проф. Клименку Л.П., д.т.н., проф. Радченку М.І., д.т.н., проф. Сербіну С.І., к.т.н., доц. Щербаку Ю.Г., які не зважаючи на свою надзвичайну зайнятість, знайшли можливість вникнути в суть цієї праці і допомогти в підготовці її до видання.

Розділ 1.антропогенне навантаження на навколишнє середовище

Основними факторами антропогенного впливу на навколишнє середовище є скиди забруднених стічних вод у природні поверхневі водні об’єкти, викиди шкідливих речовин в атмосферу, забруднення ґрунтів.

§1.1. Забруднення повітряного середовища

З інтенсивним розвитком народного господарства швидкими темпами зростали антропогенні викиди в атмосферу. Ще 50 років тому масштаби цих викидів були на декілька порядків меншими за їх природне надходження в атмосферу. Тому існуючі в природі механізми утримання рівноваги та стабільності характеристик атмосфери істотно не порушувались [43]. Однак за останні десятиріччя масштаби техногенних викидів наблизилися до їх природних надходжень і, навіть, перевищили їх. Крім того, відбулися якісні зміни: в атмосферу викидається все більша кількість речовин, які там раніше були відсутні або присутні в незначних кількостях. Тому в атмосфері не встигають сформуватись механізми регуляції їх вмісту.

До основних техногенних забруднювачів, які викликають регіональні або глобальні зміни стану атмосфери і здоров’я населення, відносяться оксиди вуглецю, азоту, діоксид сірки, галогено-органічні сполуки, вуглеводні сполуки, важкі метали, аерозолі тощо. Ці забруднювачі надходять в атмосферу від стаціонарних і пересувних джерел.

Стаціонарними джерелами забруднення в Україні в 1998 році було викинуто приблизно 4,5 млн. тонн шкідливих речовин. У 2000 р. загальний обсяг викидів шкідливих речовин в атмосферу становив 5,9 млн. т, причому 4 млн. т — від стаціонарних джерел забруднення. Найбільшу частку викидів, що забруднюють повітря в останні роки, становлять викиди від стаціонарних джерел підприємств обробної промисловості (36%), виробництв електроенергії, газу і нафти (33%) та добувної промисловості (25%) (рис. 1.1.1.) [31, 32, 43].

У великих промислових агломераціях відбувається накладання забруднення від окремих джерел, тому загальна площа негативного впливу може бути близькою до площі агломерації, або навіть перевищувати її. Так, високий рівень забруднення повітря існує в 9 містах України, які знаходяться переважно в Донецько–Придніпровському промисловому регіоні: Кривому Розі, Маріуполі, Донецьку, Запоріжжі, Дніпродзержинську, Дніпропетровську, Єнакієвому, Луганську, Дебальцеве. Обсяг викидів забруднюючих речовин підприємств Донецько–Придніпровського регіону становить 81% від загального обсягу викидів по країні [31, 32]. Ця величезна промислова зона є однією з найнебезпечніших для навколишнього середовища. Високий рівень забруднення атмосфери в цих містах зумовлено, в основному, підвищеним вмістом у повітрі специфічних шкідливих речовин, а також наявністю двоокису азоту і пилу.

Рис.1.1.1 . Динаміка викидів забруднюючих речовин від стаціонарних джерел за основними видами економічної діяльності [32].

Найбільше викидів окисів азоту, діоксиду сірки та пилу дають стаціонарні джерела підприємств паливно-енергетичного комплексу — відповідно 56, 70 і 52 %, викидів вуглеводнів та летких органічних сполук (ЛОС) — підприємства видобувної промисловості (74 %), а викидів оксиду вуглецю — підприємства обробної промисловості (70 %).

Якщо в цілому по Україні за період 1990-2000 рр. відбулося зменшення викидів шкідливих речовин на 9,6 млн. т (в основному за рахунок падіння обсягів виробництва), то в Донецькій, Луганській, Дніпропетровській, Запорізькій та інших областях ситуація залишається небезпечною. Так, викиди твердих речовин стаціонарними джерелами забруднень у 2000 р. становили 700 тис. т, газоподібних та рідких речовин — 3,2 млн. т, у тому числі сірчаного ангідриду — 1,0 млн. т, оксидів азоту — 0,3 млн. т, оксиду вуглецю — 1,2 млн. т.

Серед рухомих джерел забруднення найбільше викидів дає автотранспорт. Ним у 1998 році було викинуто в повітря біля 1,9 млн. т шкідливих речовин, що складає 31% від загального обсягу викидів по Україні. У 2000 р. автотранспортом було викинуто в повітря більше 1,9 млн. тон забруднюючих речовин, що становить 33 % від загального обсягу викидів по країні. Більше як 63 % свинцю, 54 % — окислів вуглецю, 36 % — вуглеводнів і більше, як 25 % окислів азоту від загальної кількості цих речовин по країні потрапляють у повітря саме через автотранспорт.

У багатьох областях країни викиди автотранспорту є основними забруднювачами повітря. Так, у Закарпатській області викиди автотранспорту у 2000 р. становили 81 % від загального обсягу викидів по області, у Житомирській — 80 %, Одеській — 80 %, Волинській — 74 %, Автономній Республіці Крим — 73 %, Чернівецькій — 88 %, Чернігівській — 69 %, Тернопільській — 78 %, у Сумській – 68 %, Миколаївській — 79 %, Хмельницькій — 74 %.

Порівняно з початком 90-х років, у 2000р. викиди забруднюючих речовин в атмосферу від автотранспорту у містах Вінниця, Дніпропетровськ, Дніпродзержинськ, Кривий Ріг, Марганець, Нікополь, Горлівка, Донецьк, Дебальцеве, Дзержинськ, Дружківка, Костянтинівка, Краматорськ, Макіївка, Маріуполь, Кіровоград, Олександрія, Світловодськ, Євпаторія, Севастополь, Красноперекопськ, Антрацит, Алчевськ, Рубіжне, Ізмаїл, Харків, Чернігів збільшилися більше, ніж на 60 % [43].

§1.2. Забруднення водного середовища

У Постанові Верховної Ради України “Про основні напрямки державної політики в галузі охорони довкілля, використання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки” (1998 р.) визначені найбільш актуальні екологічні проблеми природних вод на території України. Це: надмірне антропогенне навантаження на водні об’єкти внаслідок інтенсивного способу ведення водного господарства, що призвело до кризового зменшення самовідтворюючих можливостей річок та виснаження водоресурсного потенціалу, значне забруднення водних об’єктів через невпорядковане відведення стічних вод від населених пунктів, господарських об’єктів, широкомасштабне радіаційне забруднення басейнів багатьох річок внаслідок аварії на ЧАЕС (рис. 1.2.1.).

Названі екологічні проблеми є актуальними для всіх водних басейнів України. Водні об’єкти України забруднено переважно нафтопродуктами, фенолами, органічними речовинами, сполуками азоту та важкими металами. Згідно даних Міністерства водного господарства середньорічний вміст основних забруднюючих речовин у воді багатьох річок перевищує гранично допустимі концентрації (ГДК) [43].

Найбільше забруднення води в Україні спостерігається у басейні Дніпра, а також на півдні країни та в Криму, де велика частина питної води надходить із зовнішніх джерел.

Водосховища на Дніпрі стали акумуляторами забруднюючих речовин. Більшість приток Дніпра забруднено амонійним та нітратним азотом, нафтопродуктами, фенолами, сполуками важких металів. Найбільш забрудненими річками є Горинь, Десна, Сула, Тетерів, Ворскла, Самара, Інгулець. Вміст основних забруднюючих речовин у цих річках складає відповідно по азоту амонійному і нітритному — 1-9 ГДК, нафтопродуктах — 1-7 ГДК, фенолах — 1-10 ГДК, сполуках міді — 1-39 ГДК, цинку — 1-26 ГДК [35 ].

Не в кращому, а подекуди у гіршому стані перебувають басейни інших річок України. Наприклад, у 1998 році скинуто 580 тис. т шкідливих речовин у Сіверський Донець (18 % від загальної маси), 78 тис. т у Дністер (2.4%), 62 тис. т у Чорне море (2 %) та 148 тис. тон у Азовське море (4,5%).

Починаючи з 1995 р., обсяг забруднених стічних вод, що скидаються у природні поверхневі водні об’єкти, мав тенденцію до зниження. У 2000 р. їх скинуто 3313 млн. м³, що на 607 млн. м³ менше, порівняно з 1999р. Найбільшу кількість забруднюючих речовин водокористувачі скидають у Дніпро — 23 %, Сіверський Донець — 18 %, Дністер — 2,4 %, Чорне та Азовське моря — 4,6 %. У 2000 р. найбільше скинуто забруднених стоків у Донецькій — 943 млн. м³, Дніпропетровській —727 млн. м³, Запорізькій — 300 млн. м³ та Одеській 238 млн. м³ областях.

Основними забруднюючими компонентами Чорного і Азовського морів є нафтопродукти, феноли, хлорорганічні пестициди, сполуки азоту, фосфор. На рівень забруднення морських вод суттєво впливають аварійні розливи з суден, постійне надходження у море сільськогосподарських і промислово–побутових стоків. Загалом за 1998 рік у межах України в Чорне море було скинуто не відчищених стічних вод 5,9 млн. м³, недостатньо відчищених — 34,5 млн. м³, нормативно відчищених — 224,6 млн. м³. При цьому в море надійшло 5,1 тис. т органічних речовин.

Забруднення поверхневих вод значною мірою впливає на якість підземних вод. Внаслідок господарської діяльності, якість підземних вод постійно погіршується. Це пов’язано з існуванням на території України близько 3 тис. фільтруючих накопичувачів стічних вод, а також з широким використанням мінеральних добрив та пестицидів. Найбільш незадовільною якістю відрізняється стан підземних вод на півдні України, а саме в Одеській, Миколаївській, Херсонській областях. У долинах Сіверського Донця, річок Західного Донбасу, Кривбасу, Криму, Прикарпаття та ін. зафіксовано понад двохсот осередків стійкого забруднення водних горизонтів, тобто 6 % розвіданих запасів підземних вод. Близько 24 % опинилися під загрозою якісного виснаження.

До основних причин, які зумовлюють такий екологічний стан природних вод України, відносяться:

– скидання не відчищених комунально-побутових і промислових стічних вод безпосередньо у водні об’єкти та через систему міської каналізації. Найбільшу кількість забруднюючих речовин (тис. т) скидають Донецька – 1534, Луганська – 390, Дніпропетровська – 327, Запорізька – 220, Харківська – 127 області,

– надходження до водних об’єктів забруднюючих речовин в результаті поверхневого стоку з забруднених територій та сільськогосподарських угідь.

Пестицидне забруднення, вище за нормальні величини, спостерігається у Вінницькій, Житомирській, Луганській, Миколаївській областях. Найбільш характерним таке забруднення є для Одеської області і Криму. Нітратне забруднення на рівні, що перевищує ГДК, спостерігається практично по всій території України, за винятком західних областей.

Тому питання екологічної оцінки якості природних вод в Україні є дуже актуальним. Для поліпшення такого стану, розроблено екологічні класифікації та нормативи якості вод, методи їх екологічної оцінки.

§1.3.Забруднення ґрунтів

Техногенне забруднення ґрунтів залежить від їх типу, гідрогеологічних, кліматичних умов і степені антропогенного навантаження. Значної екологічної шкоди земельним ресурсам завдає забрудненість ґрунтів внаслідок хімізації сільського господарства та викидів промисловості. Забруднювачами ґрунтів можуть бути мінеральні добрива й пестициди, нафта, мінеральні масла та інші органічні сполуки. [29, 42]

До 20 % забруднених земель міських, приміських та індустріальних районів перебувають у кризовому стані. Спостерігається окислення ґрунтів, зменшення рухомого фосфору та обмінного калію. Зменшення площі зрошення, сучасний технічний стан зрошувальних і осушувальних систем, значні площі підтоплених зрошених земель та кислих і зарослих чагарниками осушених земель тощо призвели до зниження загальної врожайності сільськогосподарських культур щодо її проектного рівня на 30-40 % на зрошених та на 15-37 % на осушених землях [29].

Серйозну проблему, яка пов’язана з забрудненням ґрунтів, становлять техногенні викиди в зоні промислових підприємств. У містах основним джерелом забруднення ґрунтів важкими металами є підприємства чорної та кольорової металургії, легкої промисловості, ТЕЦ. Обстеження показали, що забруднення території навколо багатьох металургійних комбінатів, заводів, шахт, підприємств енергетики відповідає небезпечному та помірно-небезпечному рівням. Основними забруднювачами тут є марганець, хром, свинець, кобальт, нікель, цинк, мідь.

Небезпека забруднення ґрунтів визначається не тільки кількісним показником вмісту важких металів, але й класом небезпеки окремих токсикантів. До першого класу шкідливості відносяться миш’як, кадмій, ртуть, селен, свинець, цинк, фтор, бензапірен. До другого – бор, кобальт, нікель, мідь, молібден, сурма, хром. До третього – барій, ванадій, вольфрам, марганець, стронцій. Їх вміст у ґрунті може оцінюватися як за валовим показником, так і за рухомими формами елементів. Багато з них спричиняють захворювання людей.

Складний характер має забруднення ґрунтів хімічними засобами захисту рослин. Із 170 пестицидів, які застосовуються в Україні, 79 є особливо небезпечними через високу токсичність, надкумулятивність і стійкість. Зменшення протягом останніх років в декілька разів обсягів використання пестицидів, хоча і сприяло певному зниженню забрудненості ґрунтів і продуктів сільського господарства отрутохімікатами, але суттєво ситуацію не змінило. Це обумовлено тим, що залишкова кількість пестицидів знаходиться в ґрунті тривалий час. Тому пестицидне навантаження на ґрунти несе в собі приховану небезпеку.

Близько 56% загального приросту врожаю забезпечують мінеральні добрива, 25% — технології вирощування. Але неправильне використання добрив (азотних, фосфорних, калійних, комплексних та інших) супроводжується небажаною побічною дією на природне середовище: відхилення від норми їх внесення спричиняє забруднення природного середовища. Деякі види мінеральних добрив можуть сприяти підвищенню кислотності ґрунтів, накопиченню в них небезпечних залишків. Відомо, що рослини засвоюють лише 50% азотних та 10-20% фосфорних добрив, решта вимивається атмосферними опадами. Внаслідок цього в природному середовищі можуть накопичуватись азот, фосфор, калій, що призводить до підкислення ґрунтового розчину, фільтрації цих речовин у ґрунтові води, підвищення вмісту нітратів, сульфатів, хлоридів у колодязній воді, накопичення залишкових запасів нітратного азоту в продукції рослинництва, забруднення водосховищ, річок залишками добрив внаслідок процесів ерозії тощо, що завдає шкоди здоров’ю людей, тварин, рибному господарству.

Протягом останніх 30-40 років агроландшафти України постійно потерпали від різних видів радіаційного забруднення – атмосферних викидів радіонуклідів внаслідок випробування ядерної зброї, відходів підприємств ядерно-паливного циклу. До 1986 року радіаційний стан на території нашої держави визначався переважно такими радіонуклідами як калій-40 (⁴⁰К), радій (²²⁶Ra), торій (²³²Th, ²²⁸Th) і лише частково стронцієм-90 (⁹⁰Sr) і цезієм-137 (¹³⁷Cs).

Перші три радіонукліди мають природне походження, тож вони зумовлювали основний радіаційний фон на більшій частині території в межах 7-14 мкР/год. І лише в окремих районах, особливо там, де граніти виходять на поверхню землі, ці значення були у декілька разів вищими. Що ж до двох останніх радіонуклідів, то їх присутність у ґрунті зумовлювалась глобальними опадами внаслідок випробувань ядерної зброї. Їх розподіл на території держави був відносно рівномірним і знаходився в межах 0,01-0,05 Кі/км² (Кюрі на км²).

Внаслідок аварії на ЧАЕС в навколишнє середовище було викинуто понад 50 МКі таких небезпечних радіонуклідів як ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ²³⁹Pи, ¹³¹I, що становить приблизно 3,5% від їх кількості в реакторі на момент аварії. Після аварії на ЧАЕС площі забруднених територій в Україні значно збільшилися. Радіонуклідами було вражено 8,4 млн. га земель, у тому числі 3,5 млн. га орних земель, близько 400 тис. га природних кормових угідь та понад 3 млн. га лісів. Із землекористування вилучено 119 тис. га сільськогосподарських угідь, у тому числі 65 тис. га ріллі. Протягом 1998-1999рр. відбувався процес самодезактивації поверхневого шару ґрунтів, але швидкість його була незначною. Горизонтальна міграція радіонуклідів не призвела до відчутного їхнього перерозподілу в агроландшафтах. Дані спектрометричних аналізів [29] свідчили про наявність вертикальної міграції ¹³⁷Cs за профілем ґрунту. Інтенсивніше міграція ¹³⁷Cs проходила у більш пухкому гумусовому шарі ґрунту. У 1998р. радіоцезій (1-2,2 %) поширився за профілем ґрунту до метрової глибини. В цілому зберігається картина розподілу радіоцезію по вертикальних шарах. У шарі ґрунту від 0 до 20 см спостерігається рівномірний розподіл: тут зосереджено в середньому 41 % забруднюючої речовини, в шарі 20-40 см — відбулося зниження до мінімального рівня (в середньому 7 %) і на глибині 100 см — рівномірний розподіл [46].

§1.4. Сучасні екологічні підходи до існування

нообіогеоценозів

1.4.1. Поняття нообіогеоценозу

У природі все є взаємопов’язаним. Неможливо мати справу лише з забрудненням або повітря, або ґрунту, або води (відповідно атмосфери, літосфери або гідросфери). Тобто спроба вирішити проблему, наприклад, забруднення води може призвести до посилення забруднення повітря і ґрунту, і навпаки.

Ці взаємозв’язки між компонентами екосистеми є дуже складними, бо вони забезпечують кругообіг речовини та проходження потоку енергії в біосфері. Саме через те, що виробнича діяльність людини стала частиною природних кругообігів речовини та потоків енергії, вона повинна стати геологічною силою не тільки за масштабом, але й за характером. В цьому полягає особливість сучасного етапу розвитку суспільства.

В екології для аналізу системи прийнято будувати елементарну структурну одиницю, яка виступає об’єктом дослідження і нормування. Необхідною умовою при цьому є те, що структурна одиниця повинна зберігати властивості всієї системи. Для екосистем, що не відчувають впливу людини, в якості об’єкта досліджень приймають біогеоценоз (рис 1.4.1.1.) [20].

Екотоп

Кліматоп Едафотоп

(атмосфера) (ґрунт)

Біоценоз

Фітоценоз Зооценоз

Мікробіоценоз

Рис. 1.4.1.1. Схема біогеоценозу

В техносфері (частина біосфери, яка перетворена людиною за допомогою технічних засобів), антропосфері (де існує людство), в ноосфері (де розумна діяльність людини стає головним фактором розвитку на Землі) в якості елементарної структурної одиниці приймається нообіогеоценоз, який додатково до біогеоценозу містить рівноправну складову нооценоз (рис. 1.4.1.2.).

Нооценоз – це сукупність суспільства, засобів праці та продуктів праці. Основним процесом, що визначає функціонування нообіогеоценозу як елементарного осередку системи “суспільство - природа”, є процес праці. Тому при дослідженні взаємного впливу компонентів “суспільство - природа” найбільша увага приділяється технологічним процесам і тим змінам, які вони викликають у природному середовищі. Людина, як біологічний елемент природного середовище, сама потерпає від впливу наслідків виробництва, бо вона повністю залежить від біологічного оточення, тому всі зусилля з розвитку нооценозів повинні супроводжуватися максимальним збереженням біогеоценозів.

Рис. 1.4.1.2. Схема нообіогеоценозу [20]

Структурною основою нообіогеоценозу є біогеоценоз. При появі промислового виробництва в цій системі з’являється додатковий елемент, який впливає на функціонування біогеоценозу. Це нове природне середовище називають природно-промисловою системою, де природа функціонує в сукупності з виробничими об’єктами.

Основною особливістю екологічної системи, в якій функціонує природно-промисловий комплекс є те, що практично всі елементи в цій системі знаходяться під постійним впливом промислових підприємств. В більшості випадків сільськогосподарські, лісові та інші угіддя знижують свою продуктивність, а інколи повністю деградують. Тому під природно-промислові комплекси необхідно виділяти неродючі землі. Границі кожного елементу ієрархічної структури природно-промислової системи (нообіогеоценозу, промислового виробничого комплексу, територіального промислово-виробничого комплексу) окреслюють межами відповідних антропогенних впливів на природне середовище. Вивчення і оцінку природно-промислового комплексу проводять за складною ієрархічною системою [20].

В зв’язку з широким поширенням в Україні енергетичної галузі господарства, актуальним є визначення основних екологічних вимог до існування та розвитку або розширення нооценозу енергетики. Нооценоз енергетики – це співтовариство, яке містить засоби праці, суспільство і продукти праці, що включають відходи виробництва (ресурси, енергія, теплові викиди, викиди шкідливих речовин тощо) (рис.1.4.1.3.). Нооценоз енергетики, як “співтовариство розуму”, працює для задоволення потреб людей в енергії.

Рис. 1.4.1.3. Принципова схема нооценозу енергетики

1.4.2.Світові тенденції розвитку нооценозу енергетики.

За даними МАГАТЕ, на 1 січня 2000 р. у світі діяло 433 реактори загальною потужністю 349 ГВт, що забезпечувало виробництво близько 6 % всієї енергії та 17 % електроенергії. На стадії будівництва перебувало 37 реакторів загальною потужністю 31 ГВт [70]. Основна їх частина припадає на країни Далекосхідного регіону (Японія, Китай та Південна Корея).

Розподіл потужностей АЕС у країнах з найбільш розвиненою атомною енергетикою та їх внесок у загальне виробництво електроенергії (за станом на 1 січня 2000 р.) наведено у таблиці 1.4.2.1. [70].

Таблиця 1.4.2.1. Стан розвитку атомної енергетики в різних країнах [70]
Країна	Кількість енергоблоків	Потужність АЕС, МВт	Кількість виробленої електроенергії за 1999 р., ТВт · год.	Електроенергія, вироблена на АЕС, %	Загальна тривалість роботи АЕС (реакторо-роки)
США				19,8
Франція				75,0
Японія				34,6
Німеччина				31,2
Росія				14,4
Англія				28,8
Південна Корея				42,8
Україна*				43,8
Канада				12,4
Швеція				46,8
Іспанія				31,0
Бельгія				57,7
Усього в світі				~17

* 3-й блок Чорнобильської АЕС було закрито наприкінці 2000 р.

Атомна енергетика (АЕ), як галузь промисловості, що потребує застосування передових технологій, набула особливо великого розвитку в країнах Європейського Союзу: 35 % електроенергії тут генерується на атомних електростанціях (АЕС), 27 % — одержують з твердого органічного палива, 16 % — з природного газу, 14 % — на гідростанціях та за допомогою інших поновлюваних джерел, 8 % — з використанням нафти [63].

З таблиці видно, що найбільша кількість енергоблоків розташована у США, а далі, в порядку зменшення їх кількості, йдуть Франція, Японія, Німеччина та інші країни. Україна нині посідає восьме місце в світі за потужністю своїх АЕС.

Основний тип АЕС у більшості країн — легководні реактори під тиском PWR (Pressurized Water Reactors) та подібні їм за конструкцією водно-водяні енергетичні реактори ВВЕР (65 % усієї наявної потужності). Ще один поширений вид реакторів — легководні киплячі BWR (Boiling Water Reactors), на які припадає 22 % потужності всіх реакторів. В Англії набули розвитку реактори з газовим охолоджуванням типів GCR та AGR (Gas Cooled Reactors та Advanced Gas Reactors), потужність яких становить 3,4 % від світової. Канада надає перевагу розвиткові важководних реакторів під тиском PHWR (Pressurіzed Heavy Water Reactors), зокрема найвідомішому їх типові — CANDU (CANadian Deuterium-Uranium). На них припадає 4,5 % потужності всіх діючих у світі реакторів. Частка реакторів типу РБМК (реактори великої потужності канального типу) становить 3,9 % від загальної їх кількості. Усі згадані реактори використовують енергію теплових (уповільнених) нейтронів. І, нарешті, потужність реакторів, які працюють на швидких нейтронах — FBR (Fast Breeder Reactors), становить близько 0,3 % [70].

Наявність багатьох типів діючих реакторів є результатом пошуку їх оптимальної конструкції. До того ж кожен з них відбиває рівень розвитку технології у конкретних країнах та можливості ядерного паливного циклу.

Темпи зростання потужностей атомної енергетики у більшості країн були максимальними у 60-70-х роках, далі поступово зменшувалися. Останнім часом різні країни дедалі частіше орієнтуються на пріоритетний розвиток атомної енергетики. І тут істотну роль відіграє розробка конструкцій нових, удосконалених реакторів, які за своїми технічними та економічними показниками й рівнем безпеки значно перевершують існуючі [36]. Наприклад, у США, де протягом тривалого часу не було замовлень на нові реактори, одержано сертифікат регулюючих органів на конструкцію вдосконалених реакторів PWR та BWR великої потужності, зокрема на реактор АР-600 з пасивними (тобто такими, що ґрунтуються на фундаментальних фізичних законах) системами захисту. Він розрахований на 60-річний строк служби. У Франції було поставлено під навантаження енергоблок "Civaux-2"— останній реактор, збудований у Західній Європі. Фірми Франції та Німеччини завершили розробку базового проекту європейського легководяного реактора під тиском ERP потужністю 1500 МВт, який відповідає вимогам європейських енергетичних підприємств. Росія закінчує будівництво трьох нових енергоблоків ВВЕР-1000 на Ростовській та Калінінській АЕС, а також РБМК удосконаленої конструкції на Курській АЕС. Атомна енергетика Росії забезпечує виробництво 13 % всієї електроенергії в країні. Тривають розробки проектів удосконалених реакторів ВВЕР середньої потужності з пасивними системами захисту. В Японії діють 53 реактори загальною потужністю 43,7 ГВт. Ведуться роботи зі спорудження двох удосконалених киплячих реакторів потужністю 1350 МВт. У Південній Кореї розпочалась комерційна експлуатація важководного реактора "Wolsong-4", що довело кількість діючих тут реакторів до 16. Ведеться будівництво двох стандартизованих блоків реактора PWR потужністю по 1000 МВт вітчизняної конструкції. У Китаї розгорнулося будівництво двох блоків ВВЕР-1000 і триває спорудження п'яти реакторів інших типів.

На рис. 1.4.2.1. наведено карту Європи [30] з місцями розташування атомних електростанцій в різних країнах, яка свідчить про те, що атомна енергетика набула в наш час величезного розвитку.

Прогнозування подальшого розвитку АЕ у світі невіддільне від вибору шляхів стабільного світового розвитку. При зростанні чисельності населення Землі (вважається, що до середини ХХІ століття його кількість сягне 10 мільярдів чоловік), значно підвищуються світові енергетичні потреби та наявність джерел енергії, здатних задовольнити ці потреби. За даними Міжнародного енергетичного агентства Організації економічного співробітництва та розвитку, світове споживання електроенергії найбільшим буде в країнах, що розвиваються: 5,2-5,5 % на рік. У країнах Західної Європи це зростання становитиме 1,1-2,2%, а в країнах СНД 0,3-1,5 % [69].

Рис.1.4.2.1. Карта-схема розташування атомних електростанцій в країнах Європи [30].

Міжнародний інститут прикладного системного аналізу та Всесвітня енергетична рада розробили три варіанти розвитку потужності атомної енергетики у світі та виробництва електроенергії на АЕС до 2050 р. (табл. 1.4.2.2., 1.4.2.3.) [69].

Таблиця 1.4.2.2. Прогнозована потужність АЕС у світі, ГВт

Варіант розвитку	2010 р.	2020 р.	2030 р.	2040 р.	2050 р.
Інтенсивний
Помірний
Мінімальний

Таблиця 1.4.2.3. Прогнозоване виробництво атомної енергії у світі, ТВт · год

Варіант розвитку	2010 р.	2020 р.	2030 р.	2040 р.	2050 р.
Інтенсивний
Помірний
Мінімальний
Коефіцієнт використання потужності, %

У варіанті інтенсивного розвитку, який відповідає високому загальному економічному рівню і використанню новітньої технології, враховується той факт, що економічні показники та сприятливі екологічні характеристики АЕ зможуть змінити ставлення до неї громадськості та орієнтацію існуючих енергетичних програм. У цьому випадку вона як джерело, що практично не має екологічних забруднювачів, розвиватиметься переважно у Західній Європі та в країнах Азії. Потужність АЕС за наступні 50 років зросте майже в п'ять разів, а їхня частка у загальному виробництві енергії, яка нині становить 6,2 %, досягне 11,5 %. Рівень виробництва АЕ завдяки вищим коефіцієнтам використання встановленої потужності у варіанті інтенсивного розвитку зросте до 2050 р. у 5,6 рази. При цьому темпи будівництва нових АЕС мають трохи прискоритися порівняно з тими, що були протягом 1970-1980 рр. Збільшення терміну експлуатації реакторів забезпечить приріст потужностей на рівні 35 ГВт/рік.

Варіант помірного розвитку передбачає зростання потужностей АЕС за 50 років у середньому на 15 ГВт/рік. У цьому випадку вважається, що світові потреби в енергії будуть меншими, ніж за варіанта інтенсивного розвитку, а частка АЕ у виробництві енергії становитиме 12 %.

Варіант мінімального розвитку базується на припущенні, що у більшості країн нові реактори не будуватимуться (так звана "ядерна пауза") і тільки в окремих державах ядерні програми розвиватимуться. При цьому більшість діючих реакторів поступово зніматиметься з експлуатації, і лише частина з них замінюватиметься на нові. Зростання потужностей АЕС та виробництва електроенергії на них відбуватиметься до 2030 р., аж поки не вичерпаються ресурси роботи діючих реакторів і не будуть виконані прийняті ядерні програми. Загальна потужність АЕС у цьому разі в 2050 р. буде дещо меншою за нинішню, але виробництво електроенергії на них трохи перевищить існуючий рівень. Частка АЕ у виробництві всіх видів енергії зменшиться до 3,5 % внаслідок переважаючого застосування неядерних енергетичних джерел.

Таким чином атомна енергетика за будь-якого варіанта її подальшого розвитку відіграватиме істотну роль у паливно-енергетичному балансі різних країн світу, а, через це, потребує забезпечення екологічно безпечного функціонування зооценозу атомної енергетики.

Застосування новітніх технологій може відкрити принципово нові шляхи розвитку атомної енергетики в майбутньому. Один з них — так званий електроядерний метод, коли сам реактор перебуває у підкритичному стані і нейтрони, необхідні для керованої ланцюгової реакції поділу ядер, вводяться в активну зону за допомогою прискорювача протонів. Такий метод практично розв'язує проблему безпеки, виключає можливість аварій, не потребує введення поглинаючих стержнів у активну зону. Робота самого реактора при цьому задається режимом роботи прискорювача. Додаткова важлива перевага електроядерного методу — відсутність необхідності збагачення урану, можливість застосування збідненого урану та використання торієвого паливного циклу. Завдяки цьому можна здійснити трансмутацію елементів, що утворюються під час роботи реактора, і позбутися у такий спосіб найшкідливіших довгоживучих трансуранових елементів [75].

Ведуться пошуки у галузі термоядерного синтезу, що ведуться вже протягом півстоліття. Енергія, яка виділяється під час синтезу легких ядер, на порядок перевищує ту, що використовується у результаті реакції поділу важких ядер. Нині за участю країн Європейського Союзу, Росії та Японії розробляється проект створення Міжнародного термоядерного реактора (ІТЕР), який може стати прототипом промислового реактора майбутнього [54].

1.4.3. Атомна енергетика в Україні.

Структура енергетичної бази України формувалася протягом багатьох десятиліть і визначалася енергетичною політикою колишнього СРСР та використанням єдиної енергетичної мережі. Україна належить до енергодефіцитних країн і може покрити свої потреби у вугіллі лише на 50 %, у нафті — на 10-12 %, у природному газі — на 20—25 % [39]. Щоб покрити цей дефіцит, можна було б транспортувати органічне паливо з районів Сибіру. Однак це коштувало б надто дорого. Тому було взято курс на розвиток в Україні АЕ. Протягом 70-80-х років у республіці розгорнулося будівництво мережі АЕС.

Першою з них була Чорнобильська (ЧАЕС), перший блок якої почав працювати в 1977 р. У наступні роки розгорнулося будівництво Рівненської та інших станцій.

Сьогодні в Україні працює чотири АЕС, на яких діють 13 енергоблоків типу ВВЕР загальною потужністю 11880 МВт. Протягом останнього десятиліття загальне щорічне виробництво електроенергії в Україні зменшилось з 298 до 171 млрд. кВт·год. Водночас виробництво електроенергії на АЕС залишилося практично незмінним – на рівні 75-77 млрд. кВт·год. за рік. Якщо у 1990 р. частка АЕС в одержанні електроенергії в країні становила 25 %, то у 2000 р. вона досягла близько 45 % (табл. 1.4.2.1.), тобто атомна енергетика забезпечує майже половину енергетичних потреб країни.

Усі ці факти, а також аналіз енергетичних потреб країни та можливостей їх задоволення свідчать про доцільність і необхідність розвитку в Україні атомної енергетики. Вибір саме такого шляху відповідає і світовій тенденції. Однак важливою умовою цього вибору має стати повна гарантія безпеки. Для її досягнення передусім повинні виконуватись необхідні регламентні роботи під час експлуатації реактора, забезпеченням екологічною безпекою ядерного паливного циклу і поводження з радіоактивними відходами.

Повний ядерний паливний цикл (ЯПЦ) охоплює всі процеси, які пов'язані з видобутком уранової руди, наступною концентрацією урану, збагаченням природного урану його ізотопом ²³⁵U, виготовленням паливних елементів, їх використанням на АЕС, поводженням з відпрацьованим ядерним паливом (ВЯП), включаючи його переробку та захоронення радіоактивних відходів. За відкритого ЯПЦ відпрацьоване ядерне паливо використовується одноразово, не переробляється і після тривалого зберігання (з метою зменшення його активності) підлягає остаточному захороненню. У замкненому ЯПЦ використане ядерне паливо переробляється за допомогою радіохімічних методів, з нього вилучають уран і плутоній, які йдуть на виробництво змішаного ядерного палива UO₂-PuO₂ (MOX) для повторного використання.

Нормальне функціонування атомної енергетики країни може бути забезпечене за наявності розвиненої мережі підприємств ЯПЦ. Такі підприємства існували в колишньому СРСР, проте в основному за межами України. В Україні проблема ЯПЦ набула неабиякої гостроти.

Потребує свого розв'язання і проблема відпрацьованого ядерного палива. Його кількість, що була утворена в результаті експлуатації АЕС у світі, невпинно зростає і в 2000 р. досягла 220 тис. тонн [69]. З них на наявних потужностях перероблено лише 75 тис. т. До 2015 р. кількість ВЯП сягне 400 тис. тонн, з яких необхідно переробити 130 тис. т [9].

Проблема подальшого поводження з ВЯП після його тривалого зберігання розв'язується по-різному. Деякі країни (Франція, Англія, Росія) використовують сучасну промислову технологію переробки і вважають такий шлях економічно вигідним. Він дає змогу отримувати, крім додаткового ядерного палива, цінні хімічні елементи для новітніх технологій.

Більшість країн, включаючи Україну, використовує відкритий ЯПЦ. В середньому з одного реактора потужністю 1000 МВт щорічно вивантажується 30 тонн ВЯП. На АЕС України, загальний термін роботи яких у 2000 р. становив приблизно 170 реакторо-років, вже накопичилося приблизно 5 тис. тонн ВЯП, що загострює проблему поводження з ним. Нині використане ядерне паливо після попереднього збереження у приреакторних басейнах витримки, надсилається для проміжного збереження і наступної переробки до Росії. Проте останнім часом постійно зростає вартість його транспортування та переробки. Тим часом на АЕС України заповнюються місткості приреакторних басейнів. З огляду на це, на ряді АЕС доводиться вдаватися до додаткових заходів, пов'язаних із зберіганням ВЯП. Так, на енергоблоках Рівненської, Хмельницької, Південноукраїнської та Запорізької АЕС встановлено стелажі ущільненого зберігання ВЯП у приреакторних басейнах витримки. Але це тимчасовий захід. Проблему необхідно розв'язувати у повному обсязі [9].

Проблема поводження з радіоактивними відходами також актуальна для України. Радіоактивні відходи (РАВ) утворюються на різних етапах експлуатації АЕС. Вони класифікуються за фізико-хімічним складом, питомою активністю, її типом (альфа-, бета- або гамма-активність), часом їх напіврозпаду тощо. Рідкі відходи - це дезактиваційні розчини, стоки від регенераційного водоочищення, від душових та спецпралень тощо. Тверді відходи утворюються під час обслуговування та ремонту устаткування блоків, дезактиваційних робіт і реконструкції споруд. Вони підлягають попередній обробці (збирання однотипних відходів, зменшення їх обсягу, хімічна обробка, дезактивація), після чого піддаються кондиціюванню і зберігаються протягом певного часу на станції або хороняться. В основному вони належать до категорії відходів низької та середньої активності.

Щорічне зростання обсягів РАВ у сховищах АЕС України становить: для твердих відходів — 4-6 % від проектних об'ємів сховищ, а для рідких — 11-13 %. Такі темпи заповнення сховищ можуть створити у найближчі роки проблему загрози нормальної експлуатації блоків АЕС. З огляду на це планується спорудження заводу з переробки рідких РАВ, установки з вилучення твердих відходів, заводу з їх переробки, а також сховища для короткоживучих РАВ [9].

Найскладнішим і поки що остаточно не вирішеним сьогодні питанням є поводження з довгоживучими та високоактивними відходами. Загальновизнано, що їх можна хоронити лише у стабільних геологічних формаціях, які не зазнавали змін протягом багатьох мільйонів років, наприклад у соляних куполах або в граніті. До цих природних перепон на шляху поширення радіонуклідів додаються інженерні бар'єри (зв'язування відходів, їх осклування і розміщення в контейнерах).

Нині у деяких країнах (Німеччина, Канада, Франція, Швеція, Японія) вивчаються можливості глибинного захоронення РАВ і вже підібрано кілька місць для таких сховищ. Найбільших успіхів у цій справі досягли США: у штаті Нью-Мексико створюється дослідно-промислова установка для ізоляції високоактивних відходів (Waste Isolation Pilot Plant). Роботи з її спорудження розпочалися в 1986 р. Їх мета — будівництво на глибині 700 м у геологічних соляних відкладах постійного сховища для трансуранових відходів. У здійсненні цього проекту беруть участь провідні ядерні центри США [55].

Пошуки місць, які придатні для захоронення високоактивних довгоживучих відходів і задовольняють усі міжнародні вимоги, ведуться і в Україні. Тим часом проблема надійного зберігання найнебезпечніших відходів є нагальною для України вже сьогодні.

1.4.4.Вплив на довкілля різних джерел енергії та основні екологічні вимоги існування нооценозу енергетики

Основними видами забруднення біосфери в результаті експлуатації АЕС та ТЕС (теплових електростанцій) є наступні: теплове, радіаційне, хімічне (останнє характерно для повного ЯПЦ).

1. Теплове забруднення. За розмірами теплового забруднення різниця між АЕС та ТЕС складає від 30 до 80%. Характер впливу теплових скидів АЕС на довкілля істотно залежить від вибраної схеми охолодження відпрацьованого пара АЕС: 1) прямого охолодження за рахунок води з річки, 2) охолодження при зворотному водному забезпеченні станції з використанням випарювальних градірен, 3) повітряного охолодження теплоносію, який циркулює за замкнутим колом, через конденсацію пару, 4) комбінованого охолодження.

Завдяки використанню градірен забезпечується надійний захист гідросфери від теплового впливу, бо в цьому випадку скид тепла відбувається головним чином в атмосферу, яка є менш чутливою до теплового впливу, ніж гідросфера. При наявності ефективної системи вловлювання вологи градирнями забезпечуються малий тепловий вплив АЕС на довкілля. Це є важливим, бо при великих кількостях викидного пару, вологи, вплив на довкілля може проявлятися у збільшенні кількості опадів, частоти появи туманів, навіть, сильних аномалій; у зміні температури та клімату у локальному та у глобальному масштабі; у впливі на захворюваність населення та стан біоценозів.

2. Радіаційне забруднення. При виробництві електроенергії на АЕС в оточуюче середовище надходять радіоактивні речовини, серед яких є інертні гази (криптон, ксенон, інші), які розсіюються в атмосфері, та газові сполуки продуктів поділу урану (йод, цезій, стронцій, рутеній тощо), що можуть бути небезпечними для здоров'я. При нормальній роботі АЕС додаткова доза опромінення не перевищує флуктуацій природного фону. Глобальний радіаційний внесок атомної енергетики, враховуючи всі етапи ЯПЦ, сьогодні становить близько 0,2 % від природного. Щоправда, за останні 50 років рівень природного радіаційного фону зріс на 60-70 %, але це пов'язано з випробуваннями ядерної зброї в атмосфері, використанням нових будівельних матеріалів та добрив, проведенням масових медичних досліджень тощо [9]. Доза опромінення населення від АЕС сумарною потужністю 12 ГВт (ел.) становить близько 0,2^.10^-6 Зв/рік.

При експлуатації ТЕС через те, що у вугіллі у вигляді включень містяться різні природні радіоактивні елементи, в навколишнє середовище надходять радіоізотопи урану, радію, торію, полонію тощо, що за оцінками відповідає 3,2^.10^-5 Зв/рік (для ТЕС електричної потужності 600МВт (ел.)) [67].

3. Хімічне забруднення. Експлуатація підприємств ЯПЦ супроводжується появою рідких відходів, які вміщують токсичні речовини. Ці відходи виникають як в основних технологічних операціях, так і в різних допоміжних, наприклад, очисних та промислових. На початковому етапі ЯПЦ забруднена вода виникає в результаті просочування підземних вод шахт і поверхнево-дощових вод крізь відвали порожньої породи. В залежності від місця виникнення рідкі відходи можуть вміщувати мінерали, кислоти, солі металів, органічні з’єднання і т.ін., багато з яких відноситься до токсичних. Джерелами газоподібних відходів ЯПЦ є наступні процеси: 1) пилоутворення при добуванні, переробці руди, 2) вихід летких речовин з різних технологічних розчинів і складованих твердих відходів і матеріалів, 3) спалювання органічного палива (газу, мазуту або вугілля), яке використовується в двигунах і інших установках підприємств ЯПЦ.

З точки зору викиду в біосферу хімічних речовин та сполук вугільний паливний цикл (ВПЦ) має ряд особливостей, які суттєво відрізняють його від ЯПЦ:

- при спалюванні вугілля розходжується кисень і утворюється велика кількість газоподібних летучих з’єднань, багато з яких не затримуються системою очистки димових газів, наприклад СО₂, SO₂, NO_X та ін.,

- у вугіллі вміщується багато токсичних хімічних домішок, наприклад, токсичні метали, які після його згоряння переходять у відходи і можуть стати джерелом забруднення оточуючого середовища (табл. 1.4.4.1.).

Так, теплова електростанція (ТЕС) потужністю 1 ГВт, яка працює на вугіллі, викидає протягом року в атмосферу, за різними оцінками, від 10 до 120 тис. тонн окисів сірки, 2-20 тис. тонн окисів азоту, 700-1500 тонн попелу і виділяє 3-7 млн. тонн вуглекислого газу. При цьому також утворюється 300 тис. тонн золи, яка містить близько 400 тонн токсичних металів (арсен, кадмій, свинець, ртуть) [51]. В діючий час вугільні ТЕС викидають в атмосферу більше деяких токсичних металів, ніж їх виробляє металургія кольорових металів.

Таблиця 1.4.4.1. Кількість хімічних речовин, що надходять в атмосферу з відходами підприємств ЯПЦ та при викидах вугільної ТЕС

	SOX	NOX	CO	CO2	Аерозолі	Вуглеводи	Фториди	Токсичні метали
Добуток руди			-	-	1,3	0,6	-	-
Переробка руди	0,07		-	-	1,7	2,3	-	-
Конверсія	8,5	4,5	0,2	-	0,14	0,6	0,07	-
Збагачення урану		9,3	-	-	0,6	0,1	0,04	-
Виготовлення палива	-	-	-	-	8,8	-	0,01	-
Усього			0,2	-		3,6	0,12	-
	(1-2).105 (SO2)	(1-10).104		9.106	(0,2-1,0).105	(1-10).102	~102	10-20

Вплив ВПЦ на біосферу характеризується рядом ефектів глобального характеру. Головний з них – порушення теплового балансу Землі в результаті викидів СО₂ і пилу. Перший з цих забруднювачів атмосфери належить до промислових викидів, які спричинюють розвиток парникового ефекту. Прогнози свідчать, що при подвоєнні його вмісту в атмосфері порівняно з доіндустріальним рівнем, температура на Землі до середини ХХІ століття може підвищитися на кілька градусів. Це викличе не передбачувані кліматичні зміни, зумовить необхідність величезних витрат на їх подолання. У табл. 1.4.4.2. [61] наведено величини викидів усіх парникових газів за умови використання різних джерел (в еквіваленті щодо викидів СО₂, які утворюються під час вироблення 1 кВт · год. електроенергії). З неї видно, що такі викиди супроводжують використання всіх джерел енергії, включаючи АЕС, ГЕС та інші відновлювані джерела. Але різниця в їх кількості досить суттєва.

Таблиця 1.4.4.2. Викиди парникових газів в еквіваленті СО2 для повного енергетичного ланцюга [63]
Енергоджерело	Викиди г/кВт · год.
Вугілля	265—357
Нафта	219—264
Природний газ	120—188
Сонячні фотоелементи	27—76
Гідроенергетика	6—65
Біомаси	3—13
Енергія вітру	3—3
Атомна енергетика	2—6

Є дані про екологічну дію вуглекислого газу та окислів сірки [9]. Хоча при спалюванні вугілля або нафти СО₂ виділяється у сотні разів більше, ніж SO₂, кожна молекула SO₂ у 500-1000 разів сильніше охолоджує атмосферу (внаслідок впливу аерозольних частинок на відбивну здатність хмар), ніж молекула СО₂ нагріває її в результаті парникового ефекту. Але тривалість дії першого фактора — 3-10 днів, другого — 7-10 років. Тому вважається, що нині ефект охолодження атмосфери переважає над її нагріванням, але поступово картина зміниться на протилежну [66].

Інший важливий ефект глобального характеру при ВПЦ – велике використання кисню при спалюванні органічного палива. При сьогоднішніх темпах розвитку енергетики споживається біля 50 млрд. т кисню, тобто близько 1/5 частини його щорічного виробництва в природі. Крім цього, сучасна ТЕС використовує в середньому 5 млн. т вугілля на 1ГВт (ел.) у рік. Це означає, що потік палива в УПЦ набагато більший, ніж у ЯПЦ: приблизно у 40 разів на початковому етапі і у 20000-135000 разів на інших етапах циклу [9].

Крім того, при спалюванні вугілля утворюються органічні з’єднання, а саме бенз(а)пірен (С₂₀Н₁₆) – один з відомих канцерогенів [12]. Ці особливості обумовлюють розходження між ЯПЦ та ВПЦ як за витратою деяких природних ресурсів, так і за забрудненням біосфери хімічними речовинами.

Між впливом на довкілля інших джерел електроенергії також існує суттєва різниця:

- викиди ядерного паливного цик