Виды загрязнений окружающей среды.

Классификация отходов производства

Одним из направлений развития об­щей экологии является промышленная (инженерная) экология.

Современная промышленная экология - это самостоятельная наука, изучающая влияние промышленной деятельности на биосферу и ее эво­люцию в техносферу, а также определяющая пути достаточно безболез­ненного для человеческой цивилизации перехода техносферы в ноосферу.

Методической основой курса промышленной экологии является науч­ный анализ экологической характеристики производства (технологиче­ского процесса, аппаратурного оформления, сырьевых и вспомогательных материалов, их возможного воздействия на окружающую среду). На осно­ве детального анализа проводится оценка реального воздействия произ­водства (производственных комплексов) на биосферу, дается прогноз со­стояния окружающей среды и намечаются мероприятия по минимизации влияния объектов хозяйственной деятельности на природу.

Знания, накопленные в рамках промышленной экологии, позволяют сделать вывод о том, что возврат к дотехногенной биосфере невозможен. Человечество, если оно надеется сохраниться на планете и жить в доста­точно комфортных условиях, неизбежно должно идти вперед от изуродо­ванной его руками техносферы к преобразованной его мыслью и осознан­ными желаниями ноосфере. В этой связи неимоверно возрастает роль промышленной экологии как науки, способной разработать стратегию и тактику этого перехода.

По химической природе отходы – это смеси веществ сложного качественного и количественного состава, обладающие различными физическими, химическими, физико-химическими свойствами. При попадании в биосферу вещества, входящие в состав материальных отходов, накапливаются в природных средах или химически взаимодействуют с компонентами атмосферы, гидросферы, литосферы, живыми организмами. В результате накапливания и (или) взаимодействия компонент отходов с компонентами биосферы изменяется химический состав среды обитания живых организмов, что вызывает их адаптацию к новым условиям или гибель.

Живые организмы могут оказаться в зоне воздействия энергетических «отходов» производства - тепловых потоков, шума, вибрации, ультразвука, электромагнитных полей, ионизирующих излучений. Энергетические «отходы» производства представляют собой энергетические загрязнения биосферы. По расчетам полезное использование энергетических ресурсов мира составляет 25%. Остальные 75% теряются по ходу энергетического потока от добычи энергетического сырья до его конечного использования и, попадая в биосферу, нарушают естественные процессы энергообмена в экосистемах. Энергетические загрязнения биосферы изменяют физические параметры среды обитания живых организмов, что также вызывает их адаптацию к новым условиям или гибель.

С точки зрения эколога отходы производства – это материальные и энергетические загрязнения биосферы, которые можно разделить на три группы, в зависимости от характера их воздействия на биоту:

группа I - вещества (индивидуальные или смеси), не утилизируемые живыми организмами, вызывающие их угнетение и гибель при любых, даже очень малых, концентрациях в природных средах (токсичные отходы, ксенобиотики);

группа II - вещества, частично утилизируемые живыми организмами биосферы в определенном интервале концентраций, но вызывающие угнетение и гибель организмов вне этого интервала концентраций (условно нетоксичные отходы);

группа III - энергетические отходы, вызывающие изменение физических параметров среды обитания или непосредственно воздействующие на живые организмы.

Особую опасность для биоты представляют аварии и аварийные выбросы промышленных предприятий. При аварии имеет место процесс разрушительного высвобождения собственного энергозапаса предприятия, в результате чего сырье, промежуточные продукты, продукция предприятия и отходы производства, технологическое оборудование вовлекаются в аварийный процесс, создают поражающие факторы для окружающей среды, населения, самого предприятия и соседних промышленных и бытовых объектов. Аварии на промышленных предприятиях сопровождаются пожарами, взрывами, выбросами токсичных веществ. Резко изменяются параметры среды обитания живых организмов. Это приводит к нарушению равновесий и потере устойчивости экосистемы, находящейся в зоне воздействия поражающих факторов.

Антропогенные факторы среды обусловлены непосредственной хо­зяйственной деятельностью человека и проявляются в форме разного рода загрязнений биосферы: механического, химического, биологического, те­плового, акустического, вибрационного, электромагнитного, радиоактив­ного, осмофорного и светового.

Механическое загрязнение - осуществляется относительно инертными в физико-химическом отношении отходами человеческой деятельно­сти: полимерными материалами в виде разного рода упаковок и тары, отработанными автопокрышками, строительным и бытовым мусором, твердыми отходами промышленного производства, аэрозолями и т. д. В соответствии с существующей ныне классификацией все отходы де­лятся на отходы производства и отходы потребления. По агрегатному состоянию отходы делятся на жидкие, твердые и газо­образные. По степени влияния на окружающую среду отходы бывают безвред­ными или токсичными. Последний критерий классификации отходов счи­тается весьма условным, так как учитывает воздействие веществ только на живые организмы и человека в частности.

Проблема механического загрязнения окружающей среды и в первую очередь отходами крайне остро стоит перед всем мировым сообществом. Жизнедеятельность городов и сельскохозяйственных поселений порожда­ет груды мусора, жидких стоков, аэрозолей, которые буквально преврати­ли все структурные уровни биосферы в колоссальную свалку. Если до 7 % промышленных отходов в развитых странах поступает на вторичное ис­пользование, то твердые бытовые отходы (ТБО) и их переработка пред­ставляют в настоящее время неразрешимую проблему. Ежегодный миро­вой прирост твердых бытовых отходов составляет порядка 3 %, а в неко­торых странах он достигает 10 %.

Мировой опыт показывает, что для захоронения 1 т ТБО требуется по­рядка 3 м² площади, поэтому свалки занимают во всем мире сотни тысяч гектаров земель, практически выведенных из сельскохозяйственного оборота.

Химическое загрязнение - формируется в результате изменения естест­венных химических свойств окружающей среды при поступлении в нее реакционноспособных химических веществ, не свойственных ей, а также в концентрациях, превышающих фоновые. Химическими загрязнителями считаются все вещества, обнаруживаемые в ненадле­жащем месте, в ненадлежащее время и в ненадлежащих количествах. Наиболее массовыми химическими загрязнителями являются оксиды углерода, серы и азота, углеводороды, соли кислот и щелочей, соеди­нения серы, фтора, фосфора, фенолы и др.

Химические загрязнители по характеру своего воздействия на здоро­вье людей подразделяются на следующие группы: токсические, раздра­жающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияющие на репродуктивную функцию. В организм человека загрязнители проникают через кожу, слизистые оболочки, органы дыхания, желудочно-кишечный тракт. В настоящее время известно более 3 млн химических соединений, ежегодно синтезируется более 100 000 новых веществ, в результате этого человечество находится под угрозой воздействия 40 - 50 тыс. химических соединений разного класса, не свойственных естественным условиям окружающей среды.

Биологическое загрязнение - осуществляется нехарактерными для дан­ной экосистемы живыми организмами и/или продуктами их жизнедея­тельности, которые ухудшают условия существования естественных биотических сообществ или негативно влияют на здоровье человека и результаты его хозяйственной деятельности.

В настоящее время в связи с массовой урбанизацией, значительным увеличением плотности населения в городах, интенсивным развитием фармацевтической, пищевой и особенно микробиологической промыш­ленности все большую роль в загрязнении биосферы играют биологиче­ски активные вещества. Основными факторами неблагоприятного воздей­ствия на окружающую среду являются живые и мертвые клетки микроор­ганизмов (бактерии, вирусы, риккетсии, спирохеты, грибы, простейшие) и продукты их метаболизма. Отрицательное действие их заключается в воз­никновении и развитии различных аллергических реакций и инфекцион­ных заболеваний. Чаще всего возникают такие заболевания, как аспергиллезы, кандидозы и микозы. Это наиболее опасно для лиц с пониженной сопротивляемостью организма.

Источниками биологического загрязнения также могут быть сооруже­ния биохимической очистки сточных вод предприятий и городов, больни­цы, поликлиники, свалки бытовых и промышленных отходов, свиновод­ческие фермы, птицефабрики и т. д. Адсорбированные на частичках аэро­золей микроорганизмы могут распространяться на большие расстояния. Исследования показывают, что жизнеспособные клетки микроорганизмов в ряде случаев поднимаются на высоту 3000 м. Например, на высоте 500 м в районе г. Кельна концентрация микроорганизмов достигала 750 кл/м³, в то время как максимальная концентрация бактерий в горном воздухе Альп на той же высоте составляет 70 кл/м³.

Известны случаи биологического загрязнения окружающей среды, приведшие к массовым желудочно-кишечным заболеваниям (сальмонеллезу, гепатиту), внутрибольничным стойким инфекциям. Вследствие по­ступления белоксодержащих веществ в атмосферу населенных пунктов, прилегающих к территории заводов по производству белково-витаминных концентратов (Кириши, Ангарск, Новополоцк, Мозырь), регистрировались случаи возникновения и развития массовых аллергических заболева­ний населения. Достоверно доказано, что заболевания детей, проживаю­щих вблизи заводов по производству антибиотиков, в 1,5-3 раза выше средней заболеваемости для данного населенного пункта.

Осмофорное загрязнение - осуществляется пахучими веществами (одорантами) в таких низких концентрациях, которые не могут оказы­вать химического резорбтивного воздействия на человека, но могут вызывать рефлекторные реакции организма.

При больших концентрациях одорантов их необходимо рассматривать как химические загрязнители. Реакция организма на осмофорное загряз­нение проявляется в ощущении запаха, изменении биоэлектрической ак­тивности мозга, световой чувствительности и т. д. Запах - наиболее вос­принимаемая форма загрязнения окружающей среды, обнаруживаемая нами при помощи обоняния. Около 50 % всех жалоб населения на загряз­нение воздуха связано с ощущением неприятных или тяжелых запахов.

Первичной реакцией человека на неприятный запах является ощуще­ние неудобства, беспокойства; вторичные эффекты, связанные с воздейст­вием высоких концентраций одоранта, проявляются в виде рвоты, нару­шения сна, учащения пульса, повышения артериального давления, болез­ненных ощущений основных органов. Кроме того, влияние неприятных запахов может проявляться головной болью, состоянием усталости, по­вышенной сонливостью или, наоборот, возбуждением, слюнотечением и пр.

Радиоактивное загрязнение — это физическое загрязнение, связанное с повышением естественного радиоактивного фона и уровня содержания в среде радиоактивных элементов и веществ. При наличии радиоак­тивных веществ оно может рассматриваться и как химическое загряз­нение. Основными источниками радиоактивного загрязнения среды являются испытания ядерного оружия, атомные реакторы и установки, предприятия атомной промышленности, технологические, медицин­ские, научные приборы и оборудование, зола, шлаки и отвалы, содер­жащие радиоактивные вещества, могильники радиоактивных отходов и т. д.

При поглощении ионизирующего излучения радиоактивных веществ в организме наблюдаются разнообразные морфологические и функцио­нальные нарушения, приводящие к развитию острой или хронической, формы лучевой болезни, злокачественных новообразований, заболевани­ям крови и генетическим изменениям. Кроме того, радиация усиливает воздействие на организм человека химических загрязнителей, таких как углеводороды, оксид углерода и др.

С ионизирующими излучениями население в любом месте земного шара встречается ежедневно. Это прежде всего радиоактивный фон Зем­ли, который складывается из следующих компонентов: космического из­лучения (вклад в среднюю годовую дозу 15,1 %); излучения от содержа­щихся в почве, строительных материалах, воздухе и воде естественных радиоактивных элементов (68,8 %); излучения от природных радиоактив­ных веществ, которые с пищей и водой попадают внутрь организма, фик­сируются тканями и сохраняются в теле человека в течение всей его жиз­ни (15,1 %); излучения антропогенной природы.

Средняя суммарная годовая доза облучения населения от природных источников составляет примерно 2 Зв (зиверт), что в основном связано с поступлением радона и трития из грунтов, строительных материалов, во­ды, природного газа, воздуха. Кроме того, человек встречается с источни­ками искусственного излучения, включая радионуклиды, созданные ру­ками человека и широко применяемые в хозяйственной деятельности.

При дозах облучения порядка 0,1 мЗв не наблюдается каких-либо па­тологических изменений в органах и тканях организма человека. Доза 0,1 Зв определяет допустимое аварийное облучение населения, 0,02 Зв -допустимое облучение медицинского персонала и работников АЭС в нормальных условиях эксплуатации за год, 0,25 Зв - разовое допустимое облучение персонала, работающего с радиоактивными агентами. Доза об­лучения 1 Зв определяет нижний уровень развития лучевой болезни, 4,5 Зв - неизбежно вызывает тяжелую (летальную) степень лучевой бо­лезни.

Например, ежедневный в течение года просмотр всех телепередач обеспечивает дозу 0,01 мЗв; перелет самолетом на расстояние 2400 км - 0,02 - 0,05 мЗв; одна процедура флюорографии - 3,7 мЗв; рентгеноскопия зуба - 0,03 мЗв; рентгеноскопия желудка (местная) - 0,336 мЗв.

Диапазон устойчивости к радиоактивному облучению в живой приро­де чрезвычайно широк. Наиболее устойчивы к действию ионизирующего излучения микроорганизмы (вирусы, бактерии, грибы). Для беспозвоноч­ных животных диапазон летальных доз обычно на порядок ниже, для позвоночных - еще ниже. Млекопитающие наиболее чувствительны к радиации.

Акустическое (шумовое) загрязнение - характеризуется превышением уровня естественного шумового фона. Шум - одна из форм физиче­ского (волнового) загрязнения окружающей среды, адаптация орга­низмов к которому практически невозможна. Наиболее мощными и распространенными источниками шума, особенно в городах, являются автомобильный и рельсовый транспорт, промышленные предприятия, авиация, приборы бытовой техники (холодильники, магнитофоны, ра­диоприемники и т. д.). На долю транспорта приходится 60 - 80 % всех шумов, проникающих в места пребывания людей. Известно, что в го­родах уровень шума повышается примерно на 1 дБА в год и за послед­ние 10 лет возрос в мировом масштабе на 10 - 12 дБА. Шумовой фон в современном городе недопустимо высок и достиг уровня промышлен­ных шумов.

Шум является общебиологическим раздражителем и при определен­ных условиях влияет на все органы и системы органов. Прежде всего, шум влияет на центральную нервную систему, вызывая у человека чувство нервного напряжения, беспокойства и раздражения. В результате дли­тельного воздействия запороговых уровней шума развиваются сердечно­сосудистые заболевания, прежде всего сосудистая дистония. Гастрит, яз­венная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, другие хрониче­ские заболевания желудочно-кишечного тракта также характерны для лиц, длительное время находящихся в шумной обстановке. Существует достоверная связь между воздействием шума и нарушением обменных процессов в организме, понижением остроты слуха и зрения. В той или иной степени шум оказывает влияние на кору надпочечников, гипофиз, щитовидную железу, половые железы. Шум способствует повышению общей заболеваемости на 10 - 12 %.

Вибрационное загрязнение - это один из видов физического загрязне­ния, связанного с воздействием механических колебаний твердых тел на объекты окружающей среды. Это воздействие может быть местным (колебания от инструментов, оборудования и прочего, передаваемые отдельным частям тела) и общим (колебания передаются всему орга­низму в целом). Наиболее опасная частота общей вибрации лежит в диапазоне 6 - 8 Гц, поскольку она совпадает с собственной частотой колебаний внутренних органов человека, в результате сложения этих колебаний могут возникать явления резонанса с нарушением работы органов или даже их разрушением.

Вибрация вызывает изменение частоты пульса и артериального давле­ния, оказывает влияние на эндокринную систему, вызывает нарушение различных обменных процессов, функций вестибулярного и зрительного аппарата. При длительном воздействии значительных механических коле­баний возможно развитие так называемой вибрационной болезни, выра­жающейся в патологических изменениях ряда органов и систем, а также глубоких нарушениях со стороны центральной нервной системы.

Электромагнитное загрязнение - относится к физическим формам за­грязнения окружающей среды и происходит в результате изменения ее электромагнитных свойств, приводящих к глобальным и местным гео­физическим аномалиям и изменениям в тонких биологических струк­турах живых организмов.

Электромагнитный фон планеты определяется в основном электриче­скими и магнитными полями Земли, атмосферным электричеством, ра­диоизлучением Солнца и Галактики, а также накладкой на естественный фон полей от искусственных источников (линии электропередач, радио и телевидение, промышленные высоко- и сверхвысокочастотные установки, антенные поля, системы наземной и спутниковой связи, радиолокации, телеметрии и радионавигации, другие источники).

ЭМП радиочастот­ного диапазона могут вызывать в организме человека изменения со сто­роны нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем, крови, обмена веществ и некоторых функций эндокринных желез. При длительном воздействии СВЧ-излучений отмечаются изменения в формуле крови, помутнение хрусталика глаза (катаральные явления), трофические изменения (выпадение волос, ломкость ногтей, потеря массы тела и пр.). Влияние ЭМП на организм прежде всего проявляется со стороны центральной нервной системы. Пси­хоневрологические симптомы выражаются постоянной головной болью, повышенной утомляемостью, ослаблением памяти, побледнением кожных покровов, анемией и обморочными состояниями.

Тепловое загрязнение - является формой физического загрязнения окружающей среды и характеризуется периодическим или длительным повышением температуры среды выше естественного уровня. Тепло­вое загрязнение осуществляется в основном за счет сжигания топлива.

Парниковые газы - это газы, создающие в атмосфере экран, задержи­вающий инфракрасные лучи, которые нагревают поверхность Земли и нижний слой атмосферы. Эти газы присутствовали в атмосфере в незна­чительном количестве практически на всем протяжении истории планеты. Наиболее значимым природным парниковым газом благодаря своему обилию являются пары воды. Следующий парниковый газ - это диоксид углерода (СО₂), который попадает в атмосферу как естественным, так и искусственным путем.

На протяжении всей истории Земли он попадал в атмосферу в основ­ном в результате вулканической деятельности и участвовал в естествен­ном круговороте углерода в природе. Если бы в атмосфере отсутствовал СО₂, то температура поверхности Земли была бы примерно на 33 °С ниже, чем в настоящее время, что создало бы совершенно иные условия для жизни живых организмов. Другим источником поступления СО₂ в атмо­сферу является человеческая деятельность, главным образом сжигание ископаемого топлива и вырубка лесов.

Одним из основных свойств углекислого газа является способ­ность пропускать солнечную радиацию и задерживать тепловое излучение земной поверхности. Увеличение его концентрации в атмосфере сверх определенного количества приводит к задержке тепловой энергии и воз­никновению парникового эффекта, что проявляется в изменении климата в сторону потепления. За последние 100 лет средняя температура поверх­ности Земли увеличилась на 0,5 - 0,6 °С, при этом зимняя температура увеличилась более значительно, чем летняя. Предполагают, что к середи­не XXI в. содержание углекислого газа в атмосфере удвоится, что неиз­бежно скажется на глобальном потеплении климата, которое оценивается от 1,5 до 4 °С. При этом через юг Европы от Испании до Украины протя­нется полоса засушливого климата. Но севернее 50-й широты в Северной Америке и Евразии количество осадков по мере потепления будет возрас­тать. Темпы опустынивания, ныне составляющие порядка 6 млн га в год, возрастут как в Азии, так и в Африке. Другим глобальным последствием изменения климата станет серьезное ускорение подъема уровня Мирового океана. Процесс этот, связанный с таянием арктических и антарктических ледников, наблюдается в настоящее время. Считается, что за последнее столетие уровень океана поднялся на 10 - 12 см, о чем свидетельствует сокращение территорий приморских стран, особенно скандинавских. В последнее десятилетие процесс этот значительно ускорился.

В настоящее время появились достаточно серьезные основания счи­тать, что источником парниковых газов - диоксида углерода, метана и ок­сида азота (1) - является не только сжигание ископаемого топлива. Недав­но проведенные расчеты показали, что одним из основных источников парниковых газов является нарушение жизнедеятельности микробных со­обществ почв Сибири и части Северной Америки, связанное с интенсив­ной хозяйственной деятельностью в этих регионах, глобальным загрязне­нием атмосферы и некоторыми другими факторами. Переход от ископае­мого топлива к атомному до некоторой степени позволил бы уменьшить химическое загрязнение окружающей среды, но при этом неизбежно зна­чительно возросло бы тепловое загрязнение.

Световое загрязнение - это форма физического загрязнения, связанная с периодическим или продолжительным превышением уровня осве­щенности местности за счет использования источников искусственно­го света. Основным источником световой энергии на Земле является Солнце, суммарная радиация которого в средних широтах составляет 4,6 кДж/см² в сутки. Приходящая на земную поверхность солнечная радиация создает для ее обитателей определенный световой режим, составляющим которого является прямой и рассеянный свет. Соотно­шение между ними закономерно изменяется в зависимости от геогра­фической широты местности. Все живые организмы тонко реагируют на из­менение длительности светового воздействия, они способны ощущать совершенно незначительные изменения соотношения светлого и тем­ного периодов суток. Эта способность организмов реализована в таком общебиологическом явлении, как фотопериодизм, который связан с феноменом биологических часов, специфического механизма регули­рования функций организма во времени. Фотопериодизм проявляется в разделении живых существ на две большие группы по времени активно­сти - на дневных и ночных; организмы длинного и короткого дня. Про­должительность светового дня служит сигналом для начала или оконча­ния менопаузы для насекомых и многих растений; сезонности у растений и динамики их развития; развития зимнего пушного покрова у зверей; цикличности половой активности и т. д.

Загрязнение атмосферы промышленными пылями, аэрозолями и вы­бросами от автотранспорта привело к значительному изменению интен­сивности светового потока, а уничтожение озонового слоя в результате необратимых химических реакций в атмосфере в связи с поступлением целого ряда хлорорганических соединений привело к интенсификации ультрафиолетового излучения. Эти явления вызывают глобальные нару­шения во всех уровнях биосферы.