Техногенный круговорот веществ, загрязнение биосферы.
план-конспект урока

Тема 1. Техногенный круговорот веществ, загрязнение биосферы.

Формирование техногенной среды. Понятие о природно-технической геосистеме.

Ресурсный цикл (техногенный круговорот веществ).

1.3. Пути экологизации техносферы, задачи промышленной экологии.

Техногенное загрязнение биосферы является неизбежным следствием развития общественного производства и потребления. Организуя хозяйственную деятельность для удовлетворения своих потребностей, человек создает промышленные предприятия, которые производят определенную полезную продукцию. Для производства продукции предприятие использует в технологическом процессе материальные и энергетические ресурсы, первоисточником которых является природная среда. Совокупность процессов добычи, транспортировки, переработки определенных видов природных ресурсов в полезную продукцию представляет собой ресурсный цикл (антропогенный круговорот вещества и энергии). На рис.1 представлена примерная схема ресурсного цикла, которая отражает основные пути техногенного загрязнения биосферы.

В процессе добычи и транспортировки природных ресурсов к местам промышленной переработки частично теряется сам объект переработки в результате несовершенства существующих технологий транспортировки, аварий и техногенных катастроф. При этом в природные среды попадают вещества в концентрациях, которые в значительной степени превышают возможные фоновые значения. Такие вещества классифицируют как загрязнения биосферы несмотря на то, что они имеют природное происхождение. Примером техногенного загрязнения биосферы, связанного с транспортом природных ресурсов, является загрязнение вод мирового океана сырой нефтью. В результате слива загрязненных нефтью балластных и промывочных вод, различного рода аварий с нефтеналивными судами ежегодно в океан попадает до 6 млн. т нефти. Одна тонна нефти может образовать на поверхности воды пленку на площади 10-15 км2 . Даже небольшое количество нефти, попадая на оперение птиц, нарушает терморегуляцию и ведет к гибели животных. По подсчетам, только в водах Северной Атлантики ежегодно по этой причине гибнут сотни тысяч птиц.

Промышленные предприятия представляют собой основные объекты созданной человеком техносферы. Создание и существование предприятий представляет опасность для живых организмов уже тем, что разрушаются их привычные места обитания обитания. В результате проведения технологического процесса природные ресурсы (или продукты их первичной обработки) превращаются в общественно полезную продукцию. Несовершенство техники и технологий приводит к тому, что одновременно с целевым продуктом образуются другие «ненужные» вещества – отходы производства в виде газообразных выбросов в атмосферу, загрязненных сточных вод, твердых веществ (материалов). Частично из отходов при помощи специальных технологий могут быть извлечены полезные компоненты, которые используются непосредственно в сфере потребления или поступают на какое-либо предприятие в виде ВМР – вторичных материальных ресурсов. Однако на современном уровне развития техники и технологий не удается избежать сброса отходов производства в биосферу. Расчеты показывают, что в среднем в конечный продукт, потребляемый обществом, переходит 1 – 1,5% от общего количества веществ, вовлекаемых в производство. Все остальное составляют отходы, которые выбрасываются в биосферу и нарушают взаимосвязанные равновесные процессы в экосистемах. Попадая в атмосферу, гидросферу, литосферу, отходы производства и потребления изменяют естественный фоновый состав природной среды, т.е. являются загрязнениями биосферы.

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

группа  - 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. В течение длительного периода развития общества вопросы влияния промышленных предприятий на окружающую среду и возникновения связанных с этим экологических опасностей не ставились. И только повсеместное загрязнение атмосферы, почвы, водоемов токсичными химическими веществами, вымирание огромного числа видов живых организмов, потепление климата, «озоновые дыры», загрязнение пищевых продуктов пестицидами, болезни заставили человечество осознать необходимость экологизации техносферы. В настоящее время можно говорить о нескольких этапах и путях перехода к такой техносфере. Среди них наиболее значимые:

- создание систем управления воздействием промышленных предприятий на окружающую среду;

- совершенствование технологий очистки промышленных выбросов;

- совершенствование системы экологического нормирования загрязнений;

- создание малоотходных и безотходных технологий, производств, комплексов.

Поскольку практически невозможно в течение относительно короткого интервала времени заменить все технологические процессы, используемые в промышленности, на новые, не загрязняющие биосферу, то на начальном этапе экологизации техносферы актуальна задача управления воздействием промышленных предприятий на окружающую среду. Любая система управления воздействием на окружающую среду должна включать: механизмы регулирования – экономические, правовые, социальные; средства регулирования (контроля) - технические, технологические, организационные; информационно-аналитические системы, позволяющие: получать достоверную информацию о воздействии предприятия на окружающую среду, прогнозировать изменения в ее состоянии.

Экономические механизмы регулирования связаны с региональным планированием и материально-техническим обеспечением природоохранной деятельности; установлением лимитов использования природных ресурсов и лимитов выбросов в окружающую среду; установлением размеров платежей за использование природных ресурсов и загрязнение окружающей среды; введением системы экономического стимулирования и льгот за деятельность в области охраны окружающей среды и рационального природопользования.

Правовые механизмы регулирования связаны с введением региональных экологических нормативов качества окружающей среды, а также введением системы юридической ответственности за нарушение природоохранного законодательства. Разрабатывается соответствующее региональное природоохранное законодательство – система нормативных подзаконных актов, издаваемых органами местного самоуправления и местной администрацией для регулирования отношений в сфере охраны окружающей среды и рационального природопользования.

Социальные механизмы регулирования представляют собой мероприятия и средства, способствующие развитию принципов экологической этики, внедрению их в массовое сознание. В задачи социального регулирования входит экологическое образование и воспитание, формирование общественного мнения, информационное обеспечение в области регулирования качества окружающей среды.

Средства регулирования (контроля) - совокупность технических, технологических средств и организационных мероприятий, приводящих к уменьшению техногенного воздействия на окружающую среду. Сюда включаются системы мероприятий по предотвращению образования, уменьшению объемов и степени опасности вновь образующихся отходов, совершенствование систем очистки промышленных выбросов.

Информационно-аналитические системы основаны на мониторинге источников воздействия на окружающую среду, который является частью экологического мониторинга состояния окружающей среды. В ходе мониторинга источников воздействия осуществляется наблюдение за источниками воздействия, местами захоронения отходов как потенциальных источников загрязнения окружающей среды, проводится оценка воздействия отдельных источников на окружающую среду, определяется приоритетность факторов и источников воздействия, проводится оценка степени опасности источников и факторов воздействия. Задачей данного вида мониторинга является также прогнозирование и разработка стратегий предотвращения негативных последствий воздействия различных источников загрязнения на окружающую среду с учетом экономических, социальных и экологических аспектов.

Регулирование качества окружающей среды требует определения экологически допустимого уровня техногенного воздействия, разработки норм воздействия в каждом регионе и в каждой точке среды. Разработка таких норм является задачей экологического нормирования. На основании экологических нормативов должны разрабатываться критерии, направленные на ограничение отдельных источников и факторов воздействия. Существующая сегодня система регламентации техногенных нагрузок базируется на санитарно-гигиенических нормативах, разработанных в предположении, что наиболее слабым звеном биоты является человек. Она часто не эффективна и не обеспечивают сохранение природных комплексов.

Одно из главных перспективных направлений экологизации техносферы – создание малоотходных и безотходных технологий, производств, т.е. предотвращение загрязнений непосредственно в технологическом цикле вместо улавливания их на очистных сооружениях. По определению комиссии ЕЭС «безотходная технология (чистая технология) – это метод производства продукции при наиболее рациональном использовании сырья и энергии, позволяющий одновременно снизить объем выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ и количество отходов, получаемых при производстве и эксплуатации изготовленного продукта». Сущность безотходной технологии заключается в том, чтобы без снижения производительности обеспечить экологическую безопасность промышленных предприятий. Под безотходным производством понимают совокупность технологических процессов, которые осуществляются в рамках одного предприятия таким образом, что весь объем потребляемого исходного сырья полностью переносится на производимую готовую продукцию. Реальность безотходных технологических процессов не вызывает сомнения, однако количество их еще не велико.

Техногенная среда – техносфера, созданная человеком, становится все более опасной для человека и биосферы в целом. Промышленная экология – направление практической деятельности по обеспечению экологической безопасности техносферы. Основные задачи, решаемые промышленной экологией: создание, совершенствование, эксплуатация систем очистки промышленных выбросов; мониторинг источников воздействия промышленных предприятий на окружающую среду; организация природоохранной деятельности на предприятии. Задачи промышленной экологии как учебной дисциплины в плане подготовки специалистов с квалификацией «эколог-биолог»: изучение основ функционирования технических систем очистки промышленных выбросов, методов оценки негативного воздействия промышленных предприятий на окружающую среду и организации природоохранной деятельности.