Промышленные и бытовые отходы → Устойчивость и безопасность окружающей природной среды (ОС), понятие отходовПромышленные и бытовые отходы → Устойчивость и безопасность окружающей природной среды (ОС), понятие отходовПромышленные и бытовые отходы → Устойчивость и безопасность окружающей природной среды (ОС), понятие отходовЧеловек всегда стремился наращивать темпы материального производства, чтобы достигнуть независимости от природы и улучшить условия своей жизни. Но большая часть взятых у природы и использованных неэффективно ресурсов возвращается ей в виде отходов, обилие и вредность которых создает угрозу существования самого человека. Доля полезного общественного продукта не превышает 2%, а все остальное — отходы. Ведь для обеспечения жизнедеятельности одного человека ежегодно из недр земли извлекается более 20 т сырья, а количество отходов (в тоннах) составляет: в. США — 0,6; Англии — 0,4; Франции — 0,36; России — 0,32. Под складирование отходов уже занято более 250 тыс. га земельной площади.
На рисунке схематически изображен антропогенный круговорот вещества на Земле. Общая масса вещества, перемещаемого человеком на поверхности планеты, достигает 4 трлн т в год. Из 120 млрд т ископаемых материалов и биомассы, применяемых за год мировой экономикой, только 9 млрд т (7,5%) преобразуются в материальную продукцию в процессе производства. Более 80% этого количества потребляется и входит в основные и оборотные материальные фонды и резервы всех отраслей мирового хозяйства, т.е. в основном возвращается в производство. Таким образом, из 120 млрд т вещества, вовлекаемого в производство и потребление, 94% вещества поступает в окружающую природную среду в виде отходов.
Личное потребление людей составляет только 1,5 млрд т/год (1,25% количества вовлекаемых в мировую экономику материалов и биомассы), причем больше половины этой массы относится к нетто-потреблению продуктов питания — той части отходов, которая сопутствовала человеческой цивилизации всегда. Лишь небольшая часть продуктов питания, минует производственный цикл, т.е. не требует дополнительных затрат энергии на приготовление пищи. В водоемы и на поверхность земли переходит 3,9 млрд т жидких и 0,7 млрд т — твердых бытовых отходов.
В расчете на одного человека в сутки нетто-потребление составляет в среднем около 40 г сухого вещества пищи, 1,9 л питьевой воды, 400 л кислорода и около 380 г вещества промышленных изделий и материалов. Количество воды, пищи и кислорода несколько превышает физиологический минимум, сравнительно слабо варьирующий в связи с климатическими, национальными, социальными особенностями и определяющий некий стандарт стабильных условий существования человека.
Важным принципом функционирования экосистем является их существование за счет незагрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно. Люди могли бы существовать исключительно за счет солнечной энергии, они использовали бы лишь ее часть, что достаточно для удовлетворения любых мыслимых потребностей человечества. Причем в отличие от энергии, получаемой путем сжигания ископаемого топлива или на атомных электростанциях, солнечная энергия является экологически «чистой» (ядерные реакции, идущие в недрах Солнца и служащие источником этой энергии, сопровождаются радиоактивным загрязнением, но протекают на расстоянии 150 млн км от Земли).
Солнечная энергия всегда была и будет доступной в одинаковом (безграничном) количестве и бесплатно. Ее поступление не зависит от политических событий и экономических трудностей, но из-за ее рассеяния необходимо разработать технические средства для концентрации энергии. Однако развитие человечества идет по другому пути: энергию человек получает в основном при сжигании ископаемых углеводородов (уголь, нефть, газ). Этот процесс стоит на первом месте среди источников загрязнения окружающей среды по количеству образующихся отходов: в золе угля и нефти обнаружены практически все металлы.
В одной тонне каменноугольной золы в среднем содержится 200 г свинца, 400 г урана, по 500 г германия и мышьяка, 700 г никеля и др. Зола нефти содержит много ванадия (иногда до 65%, что может служить в качестве ванадиевой руды), а также ртуть, молибден и никель. Зола торфа обогащена ураном, мышьяком, кобальтом, медью, никелем, цинком, свинцом. При ежегодном сжигании 2,4 млрд т каменного и 0,9 млрд т бурого угля с золой в виде отходов в биосферу поступает 280 тыс. т мышьяка и 220 тыс. т урана при уровне их мирового производства 40 и 30 тыс. т в год соответственно. К настоящему времени во всем мире было добыто и сожжено около 162 млрд т угля и 64 млрд т нефти, в окружающую человека среду поступили многие миллионы тонн металлов, ранее не участвовавших в кругообороте веществ и изменивших химический состав объектов экосистемы.
Под воздействием человека на ОС подразумевают его антропогенную деятельность, т.е. связанную с реализацией его экономических, культурных, рекреационных интересов, что приводит к внесению в ОС биологических, химических и физических изменений, обычно загрязнений.
Состояние экологической и техногенной безопасности, противоаварийной устойчивости промышленных предприятий, производств и объектов повышенной опасности, несмотря на снижение объемов производства, продолжает ухудшаться, уровень аварийности возрастает, а хронические заболевания, отравления, техногенные аварии и катастрофы своими последствиями сегодня реально угрожают национальной безопасности России.
В век научно-технического прогресса, когда у человека появляется неограниченная возможность воздействия на окружающую его среду, неиспользование безотходных технологий приводит к изменениям миграции веществ и энергии в биосфере, механизмов эволюционного процесса, структуры и функций живой материи. Этими вопросами ведает экология (греч. «экос» — дом и «логос» — наука). Экология — молодая наука, изучающая взаимоотношения организмов между собой и окружающей средой (ОС); размножение, развитие и выживание особей, структуру и динамику популяций и биоценозов.
В качестве критериев изменения материального состава ОС используются определенные параметры:
Знание объема производства и области применения его продуктов в природных средах позволяет оценить возможные изменения окружающей среды. Важное значение имеет характер применения: является ли он закрытым (контролируемым, когда есть возможности повторного использования или уничтожения данного химического продукта) или открытым (при наличии возможности свободного распространения продукта в ОС).
Термин «Распространение в ОС» применяется в основном к естественным природным процессам и определяется физико-химическими свойствами продуктов; физическими процессами, связанными с их переносом; биологическими процессами, принимающими участие в глобальных процессах круговорота веществ в природе; циклическими процессами в отдельных экосистемах. При неконтролируемом характере распространения наблюдается выход вредных веществ за пределы региона применения.
Важными стадиями подвижности и распространения продуктов производства в ОС является их перенос различными природными средами (вода, почва, воздух), накопление в организмах и растениях, перенос их различными формами жизни. Современные сложные математические модели, учитывающие молекулярную массу химических веществ, давление образующегося пара и растворимость в воде, позволяют с приемлемой точностью заблаговременно рассчитать концентрации вредных веществ в контролируемом регионе. Тенденция вещества выйти из той фазы, в которой оно находится, называют фугитивностыо (летучестью), измеряемой в единицах давления (Па). Этот процесс осуществляется в результате диффузии. Обратный переход из атмосферы в воду (почву) называют сухим осаждением в воду или почву (это не равновесные, а динамические процессы).
Загрязнение водоемов может происходить как стекающими с зараженной поверхности почвы водами, так и зараженными подпочвенными водами. Для всех переходов химических продуктов через границу «почва — вода» важную роль играют процессы адсорбции (связывание молекул или атомов жидкой или газообразной фазы на поверхности твердых тел). Перенос растворенных веществ определяется функцией диффузии, конвекции и дисперсии веществ, а также их разложения абиотическими и биотическими реакциями.
Диффузия — физический процесс, в ходе которого молекулы, атомы или ионы в результате теплового движения перемещаются из области большей концентрации в меньшую. В пористом объеме почвы диффузия идет медленнее, чем в свободной жидкости.
Конвекция представляет собой принудительное перемещение растворенных веществ потоком воды. Она оценивается как произведение объемного потока воды (скорость фильтрации) и концентрации растворенных веществ.
Дисперсия — перераспределение (перемешивание) растворенных веществ в движущейся по порам воде, вызываемое неоднородностью скоростей потоков в каждом отдельно взятом объеме воды в поре.
Устойчивость (стабильность, стойкость) органических соединений в ОС определяется длительностью его пребывания в этой среде до своего химического превращения. Минерализация, т.е. разложение органических соединений до небольших неорганических молекул (СО, НCl, NH3 и аналогичных), окончательно выводит их из окружающей среды. Этот процесс зависит от химической структуры, качественной и количественной способности и, особенно, от физических условий ОС для разложения органических соединений. Почти всегда он осуществляется в почве определенной группой микроорганизмов, способных включать органические соединения в метаболические процессы, т.е. использовать их как источник углерода для питания.