Лекции по экологии. Лекции Экология как наука Живое вещество биосферы, его функции
 Скачать 1.04 Mb.
|
|
Тема 6. Антропогенное воздействие на окружающую среду План лекции: 1.Физическое загрязнение. 2.Химическое загрязнение. 3.Микробиологическое загрязнение. 4.Проблема утилизации отходов. К антропогенным относятся загрязнения, возникающие в результате производственной деятельности людей и в их повседневной жизни. В отличие от природных антропогенные загрязнения поступают в природную среду непрерывно, что приводит к накоплению загрязняющих веществ с образованием высоких локальных концентраций, оказывающих вредное влияние на растительный и животный мир. В свою очередь, антропогенные загрязнения подразделяются на физические, химические и микробиологические группы. Каждая из этих групп характеризуется разнообразием источников загрязнения и особенностями загрязнителей природной среды. Физическое загрязнение Физическое загрязнение включает следующие виды загрязнений природной среды: тепловое, световое, шумовое, электромагнитное и радиоактивное. Рассмотрим каждый вид более подробно. Тепловое загрязнение возникает в результате локального повышения температуры воздуха, водоема или почвы вследствие промышленных выбросов нагретых газов или воздуха, сбросов в водоемы теплых промышленных или сточных вод, а также прокладки наземных и подземных теплотрасс. Установлено, что около 90% электроэнергии в мире (в Российской Федерации - 80%) производится на тепловых электростанциях. Для этого ежегодно сжигается порядка 7 млрд. т условного топлива. При этом коэффициент полезного действия тепловых электростанций составляет всего 40%. Следовательно, 60% тепла от сжигания топлива рассеивается в окружающей среде, в том числе при сбросе теплой воды в водоемы. Сущность теплового загрязнения водоемов при производстве электрической энергии заключается в следующем. Водяной пар с высокой температурой и давлением, который образуется в печи тепловой электростанции при сжигании топлива, вращает турбину тепловой электростанции. После этого одна часть отработанного пара используется для обогрева жилых и производственных помещений, а другая собирается в конденсаторах за счет отдачи тепла охлаждающей воде, поступающей из водоема. Конденсат снова подается на получение пара высокого давления для вращения турбины, а нагретая вода сбрасывается в водоем, что приводит к повышению его температуры. Поэтому тепловое загрязнение приводит к уменьшению численности разных видов растительных и живых организмов в водоемах. Если рядом с тепловой электростанцией нет водоема, то охлаждающая вода, которая нагрелась при конденсации пара, подается на градирни, представляющие собой сооружения в виде усеченного конуса для охлаждения горячей воды атмосферным воздухом. Внутри градирен расположены многочисленные вертикальные пластаны. По мере стекания воды сверху вниз тонким слоем по пластинам ее температура постепенно уменьшается. Охлажденная вода вновь подается для конденсации отработавшего пара. При работе градирен в атмосферный воздух выделяется большое количество водяного пара, что приводит к локальному повышению влажности и температуры окружающего атмосферного воз/духа. Примером теплового загрязнения водных экологических систем является водохранилище Заинской тепловой электростанции, которое не замерзаег даже в самые сильные морозы вследствие сброса в него промышленной теплой воды в больших количествах. Световое загрязнение. Известно, что световое загрязнение природной среды нарушает освещенность земной поверхности при смене дня и ночи, а следовательно, - и приспособляемость растений и животных к этим условиям. Искусственные источники света в виде мощных прожекторов по периметрам территорий некоторых промышленных предприятий могут оказывать отрицательное влияние на жизнедеятельность растительного и животного мира. Шумовое загрязнение образуется в результате увеличения интенсивности и повторяемости шума выше природного уровня. Адаптация живых организмов к шуму практически невозможна. Шум характеризуется частотой и звуковым давлением. Звуки, воспринимаемые человеческим ухом, лежат в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц. Этот диапазон называется звуковым диапазоном частот. Звуковые волны с частотой ниже 20 Гц называются инфразвуком, а выше 20000 Гц - ультразвуком. Установлено, что инфразвук и ультразвук представляют опасность для человека и живых организмов. Для практических применений удобным является логарифмическая шкала для измерения уровня звукового давления шума, измеряемая в децибелах (дБ). Известно, что верхним пределом шума, не причиняющим человеку неудобства и не оказывающим вредное воздействие на его организм, является уровень звукового давления, равный 50-60 дБ. Такой шум характерен для улицы средней оживленности, для слабой нормальной работы радио- и телевизионной аппаратуры. Шум, превышающий эти значения, приводит к шумовому загрязнению окружающей среды. Так, шум грузового автомобиля составляет 70 дБ, работа металлорежущего станка, громкоговорителя при максимальной мощности - 80 дБ, шум при включении сирены скорой помощи и в вагоне метрополитена имеет звуковое давление 90 дБ. Сильные раскаты грома создают шум в 120 дБ, шум реактивного двигателя, приводящий к болевым ощущениям, равен 130 дБ. Электромагнитное загрязнение — это изменение электромагнитных свойств природной среды вблизи линий электропередач, радиостанций и телевизиоиных станций, промышленных установок и радарных устройств. Радиоактивное загрязнение представляет собой повышение естественного фона радиоактивности, вызванное в результате антропогенной деятельности или ее последствий. Так, нормальную работу атомной электростанции можно рассматривать как антропогенную деятельность, при этом выделяется безопасный для людей радиоактивный газ криптон-85, который имеет период полураспада 13 лет. В то же время он ионизирует воздух и загрязняет окружающую среду. Аварию на Чернобыльской атомной электростанции можно рассматривать как последствие антропогенной деятельности. При таких авариях опасность представляет радиоактивный иод-131 с периодом полураспада 8 дней, который способен накапливаться в щитовидной железе человека вместо обычного иода. Другими опасными радиоактивными элементами являются цезий, плутоний и стронций, имеющие длительные сроки периода полураспада и приводящие к радиоактивному загрязнению больших территорий. Период полураспада цезия-137 и стронция-95 равен 30 годам. Основными источниками радиоактивного загрязнения природной среды являются ядерные взрывы, атомная энергетика и проведение научных исследований с применением радиоактивных веществ. Радиоактивное загрязнение природной среды приводит к усилению воздействия альфа-, бета- и гамма-излучений на растительный и животный мир. Альфа-частица (ядро атома гелия) и бета-частица (электрон) могут попасть в организмы человека и животных в составе пыли, воды или пищи. Будучи заряженными частицами, они вызывают ионизацию в тканях организма. В результате в организме происходит образование свободных радикалов, взаимодействие которых приводит к биохимическим изменениям. При медленном протекании таких изменений могут быть созданы благоприятные условия для возникновения онкологических заболеваний. Гамма-излучение обладает очень большой проникающей способностью и без труда пронизывает всю толщу организма человека, повреждая его. Доказано, что наибольшей чувствительностью к радиоактивному излучению обладают млекопитающие, в том числе и человек. Растения и некоторые низшие позвоночные менее чувствительны к радиоактивному воздействию. Наиболее устойчивы к действию радиоактивных излучений микроорганизмы. Химическое загрязнение Наиболее массовым и наносящим большой вред природной среде является химическое загрязнение биосферы. Химическое загрязнение, в отличие от других видов загрязнений, характеризуется взаимодействием загрязняющих веществ с компонентами природной среды. В результате образуются вещества, которые могут быть более или менее вредными, чем сами загрязнители природной среды. Среди химически загрязняющих атмосферу веществ наиболее распространенными являются газообразные вещества, такие как оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, пыль, сероводород, сероуглерод, аммиак, хлор и его соединения, ртуть. К химическим загрязнителям гидросферы относятся нефть, сточные воды промышленных предприятий, содержащие фенолы и другие высокотоксичные органические соединения, соли тяжелых металлов, нитриты, сульфаты, поверхностно- активные вещества. Химическими загрязнителями литосферы являются нефть, пестициды, твердые и жидкие отводы химических производств. К химическим загрязнителям природной среды также относятся отравляющие вещества, или химическое оружие. Разрыв снаряда с химическим оружием покрывает чрезвычайно токсичными веществами большие площади и создает угрозу отравления людей, животных и уничтожения растений. Микробиологическое загрязнение Под микробиологическим загрязнением природной среды понимают появление большого количества болезнетворных микроорганизмов, связанное с массовым их размножением на антропогенных питательных средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека. В атмосферном воздухе могут находиться различные бактерии, а также вирусы и грибки. Многие из этих микроорганизмов могут быть патогенными и вызывать инфекционные заболевания, такие как грипп, скарлатина, коклюш, ветряная оспа и туберкулез. В воде открытых водоемов также встречаются различные микроорганизмы, в том числе и патогенные, вызывающие, как правило, кишечные заболевания. В водопроводной воде централизованного водоснабжения содержание бактерии группы кишечной палочки регламентируется Санитарными правилами и нормами «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (СанПин 2.1.4.1074-01). В почвенном покрове содержится большое количество микроорганизмов, особенно сапрофитов и условно патогенных. В то же время в сильно загрязненной почве могут быть и бактерии, вызывающие газовую гангрену, столбняк, ботулизм и т. д. Наиболее устойчивые микроорганизмы могут находиться в почве длительное время - до 100 лет. К ним также относятся возбудители сибирской язвы. Демографический взрыв. В начале XX века на нашей планете проживало около 1,5 млрд. человек, в средине века – 2,5 млрд., а в начале XXI века – уже 6 млрд. В 2011 году цифра приблизилась к показателю 7 млрд. и к концу этого века превысит 10 млрд. Лидируют страны Африки, Латинской Америки, Азии и Китая. Такое увеличение населения сопровождается повышением использования природных ресурсов. Людям нужна вода, пища, жилые дома, дороги, аэропорты, поля и они активно расширяют границы городов, уничтожая леса и поворачивая вспять русла рек. Сегодня очень остро стоит проблема увеличения отходов. Планета буквально потопает в мусоре и не может справиться с нейтрализацией вредных веществ, количество которых постоянно увеличивается. Физическое загрязнение Физическое загрязнение включает следующие виды загрязнений природной среды: тепловое, световое, шумовое, электромагнитное и радиоактивное. Рассмотрим каждый вид более подробно. Тепловое загрязнение возникает в результате локального повышения температуры воздуха, водоема или почвы вследствие промышленных выбросов нагретых газов или воздуха, сбросов в водоемы теплых промышленных или сточных вод, а также прокладки наземных и подземных теплотрасс. Установлено, что около 90% электроэнергии в мире (в Российской Федерации - 80%) производится на тепловых электростанциях. Для этого ежегодно сжигается порядка 7 млрд. т условного топлива. При этом коэффициент полезного действия тепловых электростанций составляет всего 40%. Следовательно, 60% тепла от сжигания топлива рассеивается в окружающей среде, в том числе при сбросе теплой воды в водоемы. Сущность теплового загрязнения водоемов при производстве электрической энергии заключается в следующем. Водяной пар с высокой температурой и давлением, который образуется в печи тепловой электростанции при сжигании топлива, вращает турбину тепловой электростанции. После этого одна часть отработанного пара используется для обогрева жилых и производственных помещений, а другая собирается в конденсаторах за счет отдачи тепла охлаждающей воде, поступающей из водоема. Конденсат снова подается на получение пара высокого давления для вращения турбины, а нагретая вода сбрасывается в водоем, что приводит к повышению его температуры. Поэтому тепловое загрязнение приводит к уменьшению численности разных видов растительных и живых организмов в водоемах. Если рядом с тепловой электростанцией нет водоема, то охлаждающая вода, которая нагрелась при конденсации пара, подается на градирни, представляющие собой сооружения в виде усеченного конуса для охлаждения горячей воды атмосферным воздухом. Внутри градирен расположены многочисленные вертикальные пластаны. По мере стекания воды сверху вниз тонким слоем по пластинам ее температура постепенно уменьшается. Охлажденная вода вновь подается для конденсации отработавшего пара. При работе градирен в атмосферный воздух выделяется большое количество водяного пара, что приводит к локальному повышению влажности и температуры окружающего атмосферного воз/духа. Примером теплового загрязнения водных экологических систем является водохранилище Заинской тепловой электростанции, которое не замерзаег даже в самые сильные морозы вследствие сброса в него промышленной теплой воды в больших количествах. Световое загрязнение. Известно, что световое загрязнение природной среды нарушает освещенность земной поверхности при смене дня и ночи, а следовательно, - и приспособляемость растений и животных к этим условиям. Искусственные источники света в виде мощных прожекторов по периметрам территорий некоторых промышленных предприятий могут оказывать отрицательное влияние на жизнедеятельность растительного и животного мира. Шумовое загрязнение образуется в результате увеличения интенсивности и повторяемости шума выше природного уровня. Адаптация живых организмов к шуму практически невозможна. Шум характеризуется частотой и звуковым давлением. Звуки, воспринимаемые человеческим ухом, лежат в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц. Этот диапазон называется звуковым диапазоном частот. Звуковые волны с частотой ниже 20 Гц называются инфразвуком, а выше 20000 Гц - ультразвуком. Установлено, что инфразвук и ультразвук представляют опасность для человека и живых организмов. Для практических применений удобным является логарифмическая шкала для измерения уровня звукового давления шума, измеряемая в децибелах (дБ). Известно, что верхним пределом шума, не причиняющим человеку неудобства и не оказывающим вредное воздействие на его организм, является уровень звукового давления, равный 50-60 дБ. Такой шум характерен для улицы средней оживленности, для слабой нормальной работы радио- и телевизионной аппаратуры. Шум, превышающий эти значения, приводит к шумовому загрязнению окружающей среды. Так, шум грузового автомобиля составляет 70 дБ, работа металлорежущего станка, громкоговорителя при максимальной мощности - 80 дБ, шум при включении сирены скорой помощи и в вагоне метрополитена имеет звуковое давление 90 дБ. Сильные раскаты грома создают шум в 120 дБ, шум реактивного двигателя, приводящий к болевым ощущениям, равен 130 дБ. Электромагнитное загрязнение — это изменение электромагнитных свойств природной среды вблизи линий электропередач, радиостанций и телевизиоиных станций, промышленных установок и радарных устройств. Радиоактивное загрязнение представляет собой повышение естественного фона радиоактивности, вызванное в результате антропогенной деятельности или ее последствий. Так, нормальную работу атомной электростанции можно рассматривать как антропогенную деятельность, при этом выделяется безопасный для людей радиоактивный газ криптон-85, который имеет период полураспада 13 лет. В то же время он ионизирует воздух и загрязняет окружающую среду. Аварию на Чернобыльской атомной электростанции можно рассматривать как последствие антропогенной деятельности. При таких авариях опасность представляет радиоактивный иод-131 с периодом полураспада 8 дней, который способен накапливаться в щитовидной железе человека вместо обычного иода. Другими опасными радиоактивными элементами являются цезий, плутоний и стронций, имеющие длительные сроки периода полураспада и приводящие к радиоактивному загрязнению больших территорий. Период полураспада цезия-137 и стронция-95 равен 30 годам. Основными источниками радиоактивного загрязнения природной среды являются ядерные взрывы, атомная энергетика и проведение научных исследований с применением радиоактивных веществ. Радиоактивное загрязнение природной среды приводит к усилению воздействия альфа-, бета- и гамма-излучений на растительный и животный мир. Альфа-частица (ядро атома гелия) и бета-частица (электрон) могут попасть в организмы человека и животных в составе пыли, воды или пищи. Будучи заряженными частицами, они вызывают ионизацию в тканях организма. В результате в организме происходит образование свободных радикалов, взаимодействие которых приводит к биохимическим изменениям. При медленном протекании таких изменений могут быть созданы благоприятные условия для возникновения онкологических заболеваний. Гамма-излучение обладает очень большой проникающей способностью и без труда пронизывает всю толщу организма человека, повреждая его. Доказано, что наибольшей чувствительностью к радиоактивному излучению обладают млекопитающие, в том числе и человек. Растения и некоторые низшие позвоночные менее чувствительны к радиоактивному воздействию. Наиболее устойчивы к действию радиоактивных излучений микроорганизмы. Химическое загрязнение Наиболее массовым и наносящим большой вред природной среде является химическое загрязнение биосферы. Химическое загрязнение, в отличие от других видов загрязнений, характеризуется взаимодействием загрязняющих веществ с компонентами природной среды. В результате образуются вещества, которые могут быть более или менее вредными, чем сами загрязнители природной среды. Среди химически загрязняющих атмосферу веществ наиболее распространенными являются газообразные вещества, такие как оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, пыль, сероводород, сероуглерод, аммиак, хлор и его соединения, ртуть. К химическим загрязнителям гидросферы относятся нефть, сточные воды промышленных предприятий, содержащие фенолы и другие высокотоксичные органические соединения, соли тяжелых металлов, нитриты, сульфаты, поверхностно- активные вещества. Химическими загрязнителями литосферы являются нефть, пестициды, твердые и жидкие отводы химических производств. К химическим загрязнителям природной среды также относятся отравляющие вещества, или химическое оружие. Разрыв снаряда с химическим оружием покрывает чрезвычайно токсичными веществами большие площади и создает угрозу отравления людей, животных и уничтожения растений. Микробиологическое загрязнение Под микробиологическим загрязнением природной среды понимают появление большого количества болезнетворных микроорганизмов, связанное с массовым их размножением на антропогенных питательных средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека. В атмосферном воздухе могут находиться различные бактерии, а также вирусы и грибки. Многие из этих микроорганизмов могут быть патогенными и вызывать инфекционные заболевания, такие как грипп, скарлатина, коклюш, ветряная оспа и туберкулез. В воде открытых водоемов также встречаются различные микроорганизмы, в том числе и патогенные, вызывающие, как правило, кишечные заболевания. В водопроводной воде централизованного водоснабжения содержание бактерии группы кишечной палочки регламентируется Санитарными правилами и нормами «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (СанПин 2.1.4.1074-01). В почвенном покрове содержится большое количество микроорганизмов, особенно сапрофитов и условно патогенных. В то же время в сильно загрязненной почве могут быть и бактерии, вызывающие газовую гангрену, столбняк, ботулизм и т. д. Наиболее устойчивые микроорганизмы могут находиться в почве длительное время - до 100 лет. К ним также относятся возбудители сибирской язвы. Отходы – это продукты, которые образуются в процессе преобразования вещества и энергии при производственной и бытовой деятельности людей, но не являются ее целью и не обладают полноценными потребительскими свойствами. На территории страны в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд т твердых отходов, причем токсично из них более 1,4 млрд т. Только под свалки и полигоны твердых бытовых отходов ежегодно официально отводится около 10 тыс. га земель. Сконцентрированные в отвалах, хвостохранилищах, терриконах, есанкционированных свалках отходы являются источникомзагрязнения атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, почв и растительности. Все отходы подразделяют: на отходы потребления (или бытовые); отходы производства (или промышленные отходы). Отходы потребления – это бывшая в употреблении продукция или сопутствующие ей изделия, непригодные для дальнейшего использования по прямому назначению и списанные в установленном порядке машины, бытовые изделия, инструменты. Промышленные отходы являются химически неоднородными, сложными многокомпонентными смесями веществ, обладающих различными физико-химическими свойствами, что определяет степень опасности их воздействия на окружающую среду, биосферу в целом и организм человека в частности. Отходы могут представлять химическую, биологическую, токсическую, коррозионную, огне- и взрывоопасность. Существует несколько классификаций отходов (по химической природе, технологическим признакам образования, возможности переработки и использования), но с точки зрения воздействия на окружающую среду отходы классифицируются по опасности. В нашей стране отходы классифицируются по четырем классам опасности: 1 класс – чрезвычайно опасные; 2 класс – высокоопасные; 3 класс – умеренноопасные; 4 класс – малоопасные. Принадлежность к той или иной группе определяется расчетным путем, если известны гигиенические параметры вещества, или экспериментальным путем. Бытовые отходы (отходы потребления) могут находиться как в твердом, так и в жидком, а реже – в газообразном состоянии. Твердые бытовые отходы (ТБО) или отходы потребления – остатки, которые выбрасывают из домов, учреждений, офисов и обычно называют мусором (пищевые отбросы, пластмасса, бумага, стекло, кожа и др.). Их количество ежегодно растет из-за роста народонаселения и улучшения качества жизни людей (например, упаковки для товаров, в т. ч. из полимерных материалов, алюминиевых банок и т. д.). Жидкие – представлены в основном хозяйственно-бытовыми сточными водами, газообразные – выбросами различных газов. Отходы производства – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Классификация отходов по агрегатному состоянию: твердые (отходы металлов, пластмасс, древесина и т. д.); жидкие (производственные сточные воды, отработанные органические растворители и т. д.); газообразные (выбросы промышленных печей, автотранспорта и т. д.). Как правило, отходы из-за недостатка полигонов захоронения в основном вывозятся на несанкционированные свалки. Обезвреживается и утилизируется только 1/5 их часть. Под опасными отходами понимают отходы, содержащие в своем составе вещества, которые обладают одним из опасных свойств – (токсичностью, взрывчатостью, инфекционностью, пожароопасностью и т. д.) и присутствуют в количестве, опасном для здоровья людей и окружающей природной среды. В нашей стране к опасным отходам относят около 10% от всей массы твердых отходов (металлические и гальванические шламы, отходы стекловолокна, асбестовые отходы и пыль; остатки от переработки кислых смол, дегтя и гудронов; отработанные радиотехнические изделия и т. д.). Класс токсичности отходов определяют согласно «Классификатору токсичных промышленных отходов». Наибольшую угрозу для человека и всей биоты представляют опасные отходы, содержащие химические вещества I и II классов токсичности (в их составе присутствуют радиоактивные изотопы, диоксины, пестициды, бенз(а)пирен и некоторые другие вещества). Существенное значение имеет и потенциальная опасность перемещения в страну опасных промышленных отходов из стран Западной Европы; США, Японии и других стран. С 1995 г. был запрещен импорт в нашу страну опасных отходов с целью захоронения или обезвреживания, что позволило предотвратить экологическую угрозу. Методы переработки твердых бытовых отходов (ТБО): строительство полигонов для захоронения и частичной их переработки; сжигание отходов на мусоросжигающих заводах; компостирование (с получением ценного азотного удобрения или биотоплива); предварительная сортировка, утилизация и реутилизация ценных компонентов; пиролиз (высокомолекулярный нагрев без доступа воздуха ТБО при t = 1700°С Для решения экологических проблем крайне необходима комплексная перепланировка структуры городов и расположения зданий. Если это невозможно, то необходимо оптимизировать расположения строящихся автодорог, а также стараться переходить на экологически безопасное топливо для автомобилей. Выявлено несколько основных источников загрязнения мегаполисов: Промышленные предприятия; Тепловые электростанции; Автомобили с выбросами и шумовым загрязнением; Бытовые и промышленные отходы; Сельское хозяйство, активно использующее удобрения и ядохимикаты. В качестве способов выхода из создавшейся сложной экологической ситуации предлагается: повышение экологической культуры населения; переход на экологически безопасный транспорт и сокращение числа личного автотранспорта; ужесточение требований к промышленным предприятиям и повышение штрафов за превышение предельно допустимых норм выбросов; разумное планирование перед строительством городов с целью устранения сильного ветра, нагрузки на почву, а также появления возможности установки шумозащитных экранов; использование безопасных удобрений в сельском хозяйстве. Вопросы для закрепления материала 1.Охарактеризуйте антропогенное воздействие на окружающую среду: Физическое загрязнение, химическое загрязнение, микробиологическое загрязнение. 2.Основные виды отходов, их краткая характеристика. 3.Методы утилизации отходов. РАЗДЕЛ 7. |