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.