яя я яяя я яяя я я яяя я ввввв яяяя ввввв яяяяя в ввя 1 страница

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Годы

Рис. 2.1. Виды и число крупнейших бедствий в год (1950—2000): В — одно бедствие

Рис. 2.2. Экономические потери от стихийных бедствий (1950—2000): ° — реальный ущерб события; — — осредненное значение ущерба

ной пожаров, механических повреждений оборудования, нарушений на линиях связи и энергоснабжения и взрывов технологического обо­рудования.

Источники природных чрезвычайных ситуаций, их поражающие факторы и номенклатура поражающих воздействий приведены в ГОСТ Р. 22.0.06.95 БЧС.

Виды и число крупнейших стихийных бедствий в мире с 1950 по 2000 г. приведены на рис. 2.1, экономические потери от них — на рис. 2.2.

2.2. ТЕХНОГЕННЫЕ ОПАСНОСТИ

Элементы техносферы создают техногенные опасности, возни­кающие при загрязнении окружающей среды различными отходами и потоками энергий. Зоны действия техногенных опасностей распро­страняются на регионы техносферы и примыкающие к ним природ­ные зоны, на территории и помещения объектов экономики, на транспортные, городские и селитебные зоны. В отдельных случаях техногенные опасности проявляются на межрегиональном и глобаль­ном уровнях.

Загрязнение атмосферы. Атмосферный воздух всегда содержит не­которое количество примесей, поступающих от естественных и тех­ногенных источников. К числу примесей, выделяемых естественны­ми источниками, относят: пыль (растительного, вулканического, космического происхождения, возникающую при эрозии почвы, час- j тицы морской соли); туман; дым и газы от лесных и степных пожаров;

газы вулканического происхождения; различные продукты расти­тельного, животного происхождения и др.

Естественные источники загрязнений бывают либо распределен­ными, например выпадение космической пыли, либо локальными, например лесные и степные пожары, извержения вулканов. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоно­вым и мало изменяется с течением времени.

Основное техногенное загрязнение атмосферного воздуха созда­ют автотранспорт, теплоэнергетика и ряд отраслей промышленности (табл. 2.1).

Самыми распространенными токсичными веществами, загряз­няющими атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы S0₂, оксиды азота N0*, углеводороды С_йН_т и пыль. Основные источ­ники примесей атмосферы и их ежегодные выбросы приведены в табл. 2.2 и 2.3.

Кроме приведенных выше веществ и пыли, в атмосферу выбрасы­ваются и другие, более токсичные вещества. Так, вентиляционные выбросы заводов электронной промышленности содержат пары пла­виковой, серной, хромовой и других минеральных кислот, органиче­ские растворители и т. п. В настоящее время насчитывается более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу, их количество увеличи­вается.

Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от промышленных источников в РФ в 2003 г. в млн т следующие: пыль —2,3, диоксид серы—4,6, оксид углерода —4,9, оксиды азота—1,4, углеводоро­ды — 1,2.

Каждой отрасли промышленности присущ характерный состав и масса веществ, поступающих в атмосферу. Это определяется прежде
всего составом веществ, применяемых в технологических процессах, и экологическим совершенством последних. В настоящее время эко­логические показатели теплоэнергетики, металлургии, нефтехими­ческого производства и ряда других производств изучены достаточно подробно. Необходимые сведения можно найти в работах [3, 10]. Меньше исследованы показатели машиностроения и приборострое­ния, их отличительными особенностями являются: широкая сеть производств, приближенность к жилым зонам, значительная гамма выбрасываемых веществ, среди которых могут содержаться вещества 1 -го и 2-го класса опасности, такие как пары ртути, соединения свин­ца и т. п.

Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воз­духе стимулируют их взаимодействие с образованием более токсич­ных соединений (смога, кислот) или приводят к таким явлениям, как «парниковый эффект» и разрушение озонового слоя.

Общая схема реакций образования фотохимического смога сложна и в упрощенном виде может быть представлена реакциями

N0₂ + hv -> NO + О О + 0₂ -> 0₃

С_пн_т + О С_пн_т + О;

}

ПАН (пероксиацилнитраты)

Смог весьма токсичен, так как его составляющие обычно нахо­дятся в пределах: 0₃ — 60...75 %, ПАН, Н₂0₂, альдегиды и др.— 25...40 %.

Для образования смога в атмосфере в солнечную погоду необхо­димо наличие оксидов азота и углеводородов (их выбрасывают в ат­мосферу автотранспорт, промышленные предприятия). Характерное распределение фотохимического смога по времени суток показано на рис. 2.3.

4 3 2 10 12 14 16 18

Рис. 2.3. Относительные кон­центрации N0₂ и 0₃ в атмо­сферном воздухе (г. Лос-Андже- лес, 19.07.65 г.)

с/с фон р _хтгл ^

Фотохимические смоги, впервые обнаруженные в 40-х годах XX в. в г. Лос-Анджелес, теперь периодически наблюдаются во мно­гих городах мира.

Кислотные дожди известны более 100 лет, однако проблема этих дождей возникла около 25 лет назад.

Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот. Наиболее важные из них: S0₂, NO_x, H₂S. Кислотные дожди воз­никают вследствие неравномерного распределения этих газов в атмо­сфере. Например, концентрация S0₂ (мкг/м³) обычно такова: в горо­де 50... 1000, на территории около города в радиусе около 50 км 10...50, в радиусе около 150 км 0,1...2, над океаном 0,1.

Основными реакциями в атмосфере являются: I вариант: S0₂ + ОН-» HS0₃; HS0₃ + ОН H₂S0₄ (молекулы в атмосфере бы­стро конденсируются в капли); II вариант: S0₂ + hv -» SO*₂(SO*₂— активированная молекула диоксида серы); S0₂ + 0₂ -» S0₄; S0₄ + + 0₂ S0₃ + 0₃; S0₃ + Н₂0 -» H₂S0₄. Реакции обоих вариантов в ат­мосфере идут одновременно. Для сероводорода характерна реакция H₂S + 0₂ -» S0₂ + Н₂0 и далее I или II вариант реакции.

Источниками поступления соединений серы в атмосферу явля­ются: естественные (вулканическая деятельность, действия микроор­ганизмов и др.) 31...41 %, антропогенные (ТЭС, промышленность и др.) 59...69 %; всего поступает 91...112 млн т в год.

Концентрации соединений азота (мкг/м³) составляют: в городе 10... 100, на территории около города в радиусе 50 км 0,25...2,5, над океаном 0,25.

Из соединений азота основную долю кислотных дождей дают NO и N0₂. В атмосфере возникают реакции: 2NO + 0₂ -»2N0₂, N0₂ + ОН -» HN0₃. Источниками соединений азота являются: есте­ственные (почвенная эмиссия, грозовые разряды, горение биомассы и др.) 63 %, антропогенные (ТЭС, автотранспорт, промышленность) 37 %; всего поступает 51...61 млн т в год.

Серная и азотная кислоты поступают в атмосферу также в виде ту­мана и паров от промышленных предприятий и автотранспорта. В го­родах их концентрация достигает 2 мкг/м³.

Соединения серы и азота, попавшие в атмосферу, вступают в хи­мическую реакцию не сразу, сохраняя свои свойства соответственно в течение 2 и 8... 10 сут. За это время они могут вместе с атмосферным воздухом пройти расстояния 1000...2000 км и лишь после этого выпа­дают с осадками на земную поверхность.

Различают два вида седментации: влажную и сухую. Влажная — это выпадение кислот, растворенных в капельной влаге, она возника- ет при влажности воздуха 100,5 %; сухая реализуется в тех случаях, ко­гда кислоты присутствуют в атмосфере в виде капель диаметром око­ло 0,1 мкм. Скорость седиментации в этом случае весьма мала и капли могут проходить большие расстояния (следы серной кислоты обнару­жены даже на Северном полюсе).

В нашей стране повышенная кислотность осадков (рН = 4...5,5) отмечается в отдельных промышленных регионах. Наиболее неблаго­получны города Тюмень, Тамбов, Архангельск, Северодвинск, Воло­гда, Петрозаводск, Омск и др. Плотность выпадения осадков серы, превышающая 4 т/(км² • год), зарегистрирована в 22 городах страны, а более 8... 12 т/(км² • год) в городах Алексин, Новомосковск, Но­рильск, Магнитогорск.

Парниковый эффект. Состояние и состав атмосферы определяют во многом величину солнечной радиации в тепловом балансе Земли. На ее долю приходится основная часть поступающей в биосферу те­плоты, дж/год: теплота от солнечной радиации составляет 25 • 10²³(99,8 %), теплота от естественных источников (из недр Земли, от животных и др.) —37,46 • Ю²⁰(0,18 %), теплота от антропогенных источников (энергоустановок, пожаров и др.) — 4,2 • 10²°(0,02 %).

Экранирующая роль атмосферы в процессах передачи теплоты от Солнца к Земле и от Земли в космос влияет на среднюю температуру биосферы, которая длительное время находилась на уровне около + 15°С. Расчеты показывают, что при отсутствии атмосферы средняя температура поверхности Земли составляла бы приблизительно - 15°С.

Основная доля солнечной радиации передается к поверхности Земли в оптическом диапазоне, а излучаемая поверхностью Земли энергия — в инфракрасном (ИК). Поэтому доля отраженной лучи­стой энергии, поглощаемой атмосферой, зависит от количества мно­гоатомных минигазов (С0₂, Н₂0, СН₄, 0₃ и др.) и пыли в ее составе. Чем выше концентрация минигазов и пыли в атмосфере, тем меньше доля отраженной солнечной радиации уходит в космическое про­странство, тем больше теплоты задерживается в биосфере за счет пар­никового эффекта. ИК-излучение поглощается метаном, фреона- ми, озоном, оксидом азота и т. п. в диапазоне длины волн 1...9 мкм, а парами воды и углекислым газом при длине волн 12 мкм и более. В последние годы наметилась тенденция к значительному росту кон­центраций С0₂, СН₄, N₂0 и других газов в атмосфере. Так, рост кон­центраций С0₂ в атмосфере выглядит следующим образом:

Годы........................................ 1850 1900 1970 1979 1990 2000 2030 2050

Концентрация С0₂, млн^-1.. 260 290 321 335 360 380 450...600 700...750

Аналогично изменяются концентрации метана, оксида азота, озо­на и других газов. Рост концентраций С0₂ в атмосфере происходит вследствие уменьшения растительности на Земле и увеличения тех­ногенных поступлений.

Источниками техногенных парниковых газов являются: тепло­энергетика, промышленность и автотранспорт, они выделяют С0₂; химические производства, утечки из трубопроводов, гниение мусора и отходов животноводства определяют поступление СН₄; холодиль­ное оборудование, бытовая химия — фреонов; автотранспорт, ТЭС, промышленность — оксидов азота и т. п.

В результате в биосферу дополнительно поступает теплота поряд­ка 70 • Ю²⁰ Дж/год, при этом на долю отдельных газов приходится, %: С0₂ —50, фреонов —15, 0₃ —5, СН₄ —20, N₂0₂ —10. Доля парнико­вого эффекта в нагреве биосферы в 16,6 раза больше доли других ис­точников антропогенного поступления теплоты.

Рост концентраций минигазов в атмосфере и, как следствие, по­вышение доли теплоты ИК-излучения, задерживаемой атмосферой, неизбежно сопровождается ростом температуры поверхности Земли. В период с 1880 по 1940 г. средняя температура в северном полушарии возросла на 0,4°С, а в период до 2030 г. она может повыситься еще на 1,5...4,5°С. Это весьма опасно для островных стран и территорий, рас­положенных ниже уровня моря. По прогнозам ученых, к 2050 г. уро­вень моря может повыситься на 25...40 см, а к 2100 г.— на 2 м, что при­ведет к затоплению 5 млн км² суши, т. е. 3 % суши и 30 % всех урожай­ных земель планеты.

Парниковый эффект в атмосфере — довольно распространенное явление и на региональном уровне. Техногенные источники теплоты (ТЭС, транспорт, промышленность), сконцентрированные в круп­ных городах и промышленных центрах, интенсивное поступление парниковых газов и пыли, устойчивое состояние атмосферы создают около городов пространства радиусом 50 км и более с повышенными на 1...5°С температурами и высокими концентрациями загрязнений. Эти зоны (купола) над городами хорошо просматриваются из косми­ческого пространства. Они разрушаются лишь при интенсивных дви­жениях больших масс атмосферного воздуха.

Техногенные загрязнения атмосферы не ограничиваются призем­ной зоной. Определенная часть примесей поступает в озоновый слой и разрушает его. Разрушение озонового слоя опасно для биосферы, так как оно сопровождается значительным повышением доли ультра­фиолетового излучения с длиной волны менее 290 нм, достигающего земной поверхности. Эти излучения губительны для растительности, особенно для зерновых культур, представляют собой источник кан- церогенной опасности для человека, стимулируют рост глазных забо­леваний.

Основными веществами, разрушающими озоновый слой, явля­ются соединения хлора, азота. По оценочным данным, один атом хлора может разрушить до 10⁵ молекул озона, одна молекула оксидов азота — до 10 молекул.

Источниками поступления соединений хлора и азота в озоновый слой могут быть: вулканические газы; технологии с применением фреонов; атомные взрывы; самолеты («Конкорд», военные), в вы­хлопных газах которых содержатся до 0,1 % общей массы газов соеди­нения N0 и N0₂; ракеты, содержащие в выхлопных газах соединения азота и хлора. Состав выхлопных газов космических систем (т) на вы­соте 0...50 км приведен ниже:

Космические системы Соединения Оксиды Пары воды, Оксиды уг- Оксиды

хлора азота водород лерода алюминия

«Энергия» и «Буран», СССР 0 0 740 750 0

«Шаттл», США.............. 187 7 378 512 177

Значительное влияние на озоновый слой оказывают фреоны, продолжительность жизни которых достигает 100 лет. Источниками поступления фреонов являются: холодильники при нарушении гер­метичности контура переноса теплоты; технологии с использовани­ем фреонов; бытовые баллончики для распыления различных ве­ществ и т. п.

По оценочным данным, техногенное разрушение озонового слоя к 1973 г. достигло 0,4... 1 %; к 2000 г.-З %, к 2050 г. ожидается 10 %. Ядерная война может истощить озоновый слой на 20...70 %. Замет­ные негативные изменения в биосфере ожидаются при истощении озонового слоя на 8... 10 % общего запаса озона в атмосфере, состав­ляющего около 3 млрд т. Заметим, что один запуск космической сис­темы «Шаттл» сопровождается разрушением около 0,3 % озона, что составляет около 10⁷ т озона.

В результате техногенного воздействия на атмосферу возможны следующие негативные последствия:

108. превышение ПДК многих токсичных веществ (СО, N0₂, S0₂, C„H_W, бенз(а)пирена, свинца, безнола и др.) в городах и населенных пунктах;

109. образование смога при интенсивных выбросах NO*, C„H_m;

110. выпадение кислотных дождей при интенсивных выбросах

SO* NO,;

111. появление парникового эффекта при повышенном содержа­нии С0₂, NO*, 0₃, СН₄, Н₂0 и пыли в атмосфере, что способствует по­вышению средней температуры Земли;

112. разрушение озонового слоя при поступлении N0* и соедине­ний хлора в него, что создает опасность УФ-облучения.

Загрязнение гидросферы. Потребление воды [8] в РФ в 2000 г. дос­тигло 85,9 км³, в том числе на нужды, %:

113. производственные —57,9;

114. хозяйственно-питьевые —20,3;

115. орошение — 13,7;

116. сельскохозяйственное водоснабжение—2,1;

117. прочие —6,0.

При использовании воду, как правило, загрязняют, а затем сбра­сывают в водоемы. Внутренние водоемы загрязняются сточными во­дами различных отраслей промышленности (металлургической, неф­теперерабатывающей, химической и др.), сельского и жилищно-ком­мунального хозяйства, а также поверхностными стоками. Основны­ми источниками загрязнений являются промышленность и сельское хозяйство.

Загрязнители делятся на биологические (органические микроор­ганизмы), вызывающие брожение воды; химические, изменяющие химический состав воды; физические, изменяющие ее прозрачность (мутность), температуру и другие показатели.

Биологические загрязнения попадают в водоемы с бытовыми и промышленными стоками, в основном предприятий пищевой, меди­ко-биологической, целлюлозно-бумажной промышленности. На­пример, целлюлозно-бумажный комбинат загрязняет воду так же, как город с населением 0,5 млн чел.

Биологические загрязнения оценивают биохимическим потреб­лением кислорода — БПК. БПК₅ — это количество кислорода, по­требляемое за 5 сут микроорганизмами — деструкторами для полной минерализации органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Нормативное значение БПК₅ = 5 мг/л. Реальные загрязнения сточ­ных вод таковы, что требуют значений БПК на порядок больше.

Химические загрязнения поступают в водоемы с промышленны­ми, поверхностными и бытовыми стоками. К ним относятся: нефте­продукты, тяжелые металлы и их соединения, минеральные удобре­ния, пестициды, моющие средства. Наиболее опасны свинец, ртуть, кадмий (табл. 2.4).

Физические загрязнения поступают в водоемы с промышленны­ми стоками, при сбросах из выработок шахт, карьеров, при смывах с территорий промышленных зон, городов, транспортных магистра- лей, за счет осаждения атмосферной пыли. Всего в 2000 г. в водоемы страны сброшено 55,6 км³ сточных вод, из них 20,3 км³ загрязненных (табл. 2.5).

В результате техногенной деятельности многие водоемы мира и нашей страны крайне загрязнены. Уровень загрязненности воды по отдельным ингредиентам превышает 10 ПДК. Наиболее высокий уровень загрязненности воды наблюдается в бассейнах рек Днестр, Печора, Обь, Енисей, Амур, Северная Двина, Волга, Урал. Воздейст­вие на гидросферу приводит к следующим негативным последствиям:

118. снижаются запасы питьевой воды (около 40 % контролируе­мых водоемов имеют загрязнения, превышающие 10 ПДК);

119. изменяются состояние и развитие фауны и флоры водоемов;

120. нарушается круговорот многих веществ в биосфере;

121. снижаются биомасса планеты и, как следствие, воспроизвод­ство кислорода.

Опасны не только первичные загрязнения поверхностных вод, но и вторичные, образовавшиеся в результате химических реакций ве­ществ в водной среде. Так, при одновременном попадании весной 1990 г. в р. Белая фенолов и хлоридов образовались диоксины, содер­жание которых в 147 тыс. раз превысило допустимые значения.

Большую опасность загрязненные сточные воды представляют в тех случаях, когда структура грунта не исключает их попадание в зону залегания грунтовых вод. В ряде случаев до 30...40 % тяжелых метал­лов из почвы поступает в грунтовые воды.

1996 г. 1997 г. 1998 г. 1999 г. 2000 г. 1 I Российская Промышленность Федерация Рис. 2.4. Динамика образования токсичных отходов в Российской Федерации, млн т

Загрязнение земель. Нарушение верхних слоев земной коры про­исходит при: добыче полезных ископаемых и их обогащении; захоро­нении бытовых и промышленных отходов; проведении военных уче­ний и испытаний и т. п. Почвенный покров существенно загрязняется осадками в зонах рассеивания различных выбросов в атмосфере, па­хотные земли — при внесении удобрений и применении пестицидов.

Ежегодно из недр страны извлекается огромное количество гор­ной массы, вовлекается в оборот около трети, используется в произ­водстве около 7 % объема добычи. Большая часть отходов не исполь­зуется и скапливается в отвалах.

Примерами значительного накопления отходов, связанных с до­бычей полезных ископаемых, могут служить терриконы угольных шахт, отвалы вблизи карьеров при наземной добыче руд. Наиболее остро стоит вопрос утилизации отходов в угольной промышленности, поскольку на некоторых шахтах добыча 1 тыс. т угля сопровождается подъемом из шахт до 800 т породы.

Оценивая динамику изменения количества образовавшихся ток­сичных отходов (рис. 2.4), можно сделать вывод о постоянном росте данного показателя в промышленности и, как следствие, в целом по России: с 82,6 млн т в 1996 г. до 132,5 млн т в 2000 г. Практически весь объем образующихся токсичных отходов (95 %) имеет промышлен­ное происхождение, а остальные 5 % отходов этой категории распре­деляются почти поровну между сельским хозяйством (3,7 млн т) и ЖКХ (3,4 млн т). По данным Госкомстата России, к 2000 г. в России накоплено 2 млрд т токсичных отходов.

Среди отраслей промышленности наибольшие объемы образова­ния отходов отмечены в металлургии, на химических и нефтехимиче­ских производствах, в угольной промышленности (табл. 2.6).

В настоящее время одной из самых острых проблем является ути­лизация и захоронение радиоактивных отходов и, прежде всего, отхо­дов АЭС. Опасны и значительны отходы сельскохозяйственного про­изводства — навоз, остатки ядохимикатов, кладбища животных.

В настоящее время в России ежегодно образуется около 150 млн м³ (30 млн т) твердых бытовых отходов (ТБО). По прогнозам, к 2006 г. ежегодное накопление ТБО увеличится до 200 млн м³, что объясняет­ся увеличением доли тары и упаковки в массе продуктов и товаров. К твердым бытовым отходам относятся: бумага и картон, полимерные материалы, стекло, древесина, металлы и др.

Эффективность использования и обезвреживания отходов со­ставляет около 40 % (ТБО —3 %). В России имеется 2,9 тыс. мест за­хоронения токсичных отходов общей площадью 22 тыс. га.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: