Программа курса "Охрана окружающей среды"
Скачать 489.6 Kb.
|
Проблемы нормирования и контроля состояния экосистем. Проблемы экологизации техносферы. Техногенные потоки захватывают все блоки Биосферы (атмо-, гидро-, литосферу). Дополнительные к естественным потоки веществ могут не вызывать эффекта загрязнения, если не превышена буферная емкость данной экосистемы; если ее функционирование нарушено, имеет место загрязнение, вызванное загрязняющим веществом. Несколько иная ситуация с негативным воздействием загрязняющих веществ на здоровье человека; отсюда - различия в экологическом и санитарно-токсикологическом нормировании загрязняющих веществ, о чем будет сказано ниже. Учитывая возможность превращения веществ в природных условиях в другие в результате фотохимической деструкции, гидролиза, окислительно-восстановительных процессов, комплексообразования и других реакций, в результате чего изменяются миграционные свойства и биодоступность, выделяют первичные и вторичные загрязняющие вещества. Рассмотрим несколько примеров. Соединения ртути. Ртуть в природных средах находится в виде паров, растворенных в воде неорганических и органических соединений, образует малорастворимые минералы (киноварь HgS). Из диаграммы устойчивости основных неорганических форм в воде (рис. справа) при содержании 36 мг/л Cl и 96 мг/л серы в форме сульфатов видно, что малорастворимая форма HgS устойчива лишь в восстановительной среде (вне контакта с атмосферой). Для широкого круга поверхностных вод устойчивой формой является Hgо; существенно важным является довольно высокая растворимость этой формы в воде (56 мкг/л), при этой концентрации содержание ртути в парах достигает 12 мг/м3. Образование хлоридов ртути характерно для подкисленных растворов, а HgO устойчив в сильно окислительной обстановке, причем имеются кинетические затруднения в реализации этой формы. Т.о., атмосферный транспорт Hgо обеспечивает ее миграцию на дальние расстояния и поступление в поверхностные и почвенные воды вдали от локального источника. Превращения форм ртути в природных средах показаны на рис. слева. Микробиологические процессы ускоряют образование в воде моно- и диметилртути; летучесть и способность к фотохимической деструкции последней приводят к дополнительному пути поступления ртути из донных захоронений в атмосферу. Кроме того, метилированные формы ртути, в отличие от неорганических, почти полностью поглощаются организмами, что определяет их высокую токсичность и эффективность биоаккумуляции. Таким образом, миграция и трансформация техногенных выбросов ртути в природных средах приводит к изменению исходных форм поллютанта и их токсичности. Похожая ситуация имеет место в отношении поведения металлов-поллютантов в водоемах, поскольку их трансформация (на уровне химических форм, имеющих разную способность к миграции, биоаккумуляции и обладающих разной токсичностью) зависит от состава воды. Другой пример, иллюстрирующий необходимость учета трансформации первичных загрязняющих веществ с изменением свойств и путей миграции - судьба диоксида серы, одного из компонентов газовых выбросов теплоэнергетики и транспорта. Фотохимическое окисление с образованием серной кислоты, частичной нейтрализацией в сульфаты в аэрозолях, приводят к тому, что сток из атмосферы на наземную поверхность реализуется в виде различных продуктов; интегральный учет скорости их выведения при условии соблюдения санитарно-гигиенических норм (ПДК по SO2 50 мкг/м3) приводит к тому, что при обычных метеорологических условиях годовой поток серной кислоты может достигать 85 г/м2 , а рН дождей - до 2.7.     Воздух 20    СН4 + С2Н6 Hgo HgCl2 O2    Pe(CH3)2Hg Hg2Cl2       Вода рыба 10 HgO  CH3Hg+ Бактерии     Hgo CH3Hg+ (CH3)2Hg 0 HgS Hg0 Hg22+ Hg2+ + Hgo бактерии - 10 Донные осадки  0 7 14 pHРяд органических загрязняющих веществ может в природных условиях подвергаться фотохимическим, окислительно-восстановительным и иным превращением с образованием более токсичных и более стойких соединений. Т.о., поведение поллютантов в биосфере во многом определяется их химическими превращениями. Из определения загрязнения окружающей среды: Загрязнение природной среды – введение человеком, прямо или косвенно, вещества или энергии, влекущее за собой неблагоприятные последствия такого характера, как угроза здоровью людей, нанесение вреда живым ресурсам, экосистемам, ценностям ландшафта, а также помехи законным видам использования природных ресурсов вытекает, что необходим контроль не только собственно самих загрязняющих веществ, сколько тех изменений, которые происходят в функционировании экосистем и которые могут вызвать нарушения процессов формирования качества почв, воды, воздуха. Следует разделять проблемы нормирования состояния окружающей среды, загрязняющих веществ в окружающей среде с экологических и санитарно-токсикологических позиций. В настоящее время более разработанной является система санитарно-токсикологического нормирования ЗВ, построенная на принципах охраны здоровья человека. Строго говоря, она относится только к питьевой воде, продуктам питания, воздуху в помещениях или на улице, а также к почвам и воде тех водоемов, которые используются человеком для получения продуктов питания. Исходя из экспериментальных данных по концентрациям (или дозам) тех или иных веществ, вызывающих гибель 50% подопытных животных или рыб (ЛК50, ЛД50), c коэффициентом 0.1, приняты ПДК для этих веществ в воде (питьевой и в водоемах рыбохозяйственного назначения), воздухе (максимально-разовые и среднесуточные), почве (как превышение над фоновым содержанием) и продуктах питания. Некоторые примеры приведены ниже: Вода (ок.600 в-в), мг/л Воздух (ок.200 в-в), мкг/м3 Почва, мг/кг Продукты питания, мг/кг питьев. рыбохоз. макс.-раз. ср.-сут. Молоко Мясо Зерновые Al 0.5 AlF 0.2 1 10 30 As 0.05 0.003 2 0.05 0.5 0.2 Ba 0.1 BaCO3 0.004 Be 0.0002 - 0.01 Hg 0.005 0.0003 2.1 0.05 0.03 0.01 Cu 1 0.1 3 0.5 5 5 Cd 0.01 0.001 0.02 0.05 0.03 Ni 0.1(раств) 0.002 4 0.1 0.5 0.5 Zn 5 0.01 23 5 40 25 Pb 0.03 0.01 0.0003 32 0.1 0.5 0.5 Cr 0.1(6+) 0.3(3+) 0.0015 6 0.1 0.2 0.2 фенол 0.001 - 0.01 0.01 NOx 0.085 0.085 NO3 45 45 45-2000(овощи) ДДТ 0.001 - СО 3 1 SO2 0.5 0.05 пыль 0.5 0.35 Эта система не подходит для нормирования ЗВ в природных экосистемах. (1) Она не учитывает процессы миграции, трансформации, биоаккумуляции ЗВ. Это приводит к тому, что при соблюдении нормативов ПДК для конкретного ЗВ в одной из сред (напр., ртути в воздухе) процессы переноса данного ЗВ в другую приведут к существенному превышению установленного значения ПДК того же ЗВ в этой среде (содержание ртути в воде окажется 50 ПДК). Другой пример: при соблюдении ПДК для диоксида серы в воздухе над крупным индустриальном объекте на удалении 500 км возможно выпадение дождей с рН 3. (2). Санит.-токсикологич. нормирование не учитывает особенности разных экосистем (тундра, тропики…). (3) Она не учитывает и их буферность (как в химическом отношении, так и способность сохранять свои параметры даже при гибели отдельных особей). Поэтому разработаны различные системы нормирования ЗВ с экологических позиций, предусматривающие несколько рангов экосистем (для каждого – свое значение ПДК). Такие системы все же недостаточно учитывают вопросы трансформации ЗВ, отсюда нормируются элементы, а не химические формы. Кроме того, трудно определить, какие показатели следует нормировать и контролировать для тех или иных экосистем. Все это определяет необходимость уделить большее внимание проблеме нормирования и контроля не конкретных ЗВ, а собственно состояния данной экосистемы. Если оно не отличается от среднемноголетнего, значит, нет проявления загрязнения. Если отклонения имеют систематический характер, необходимо установить ЗВ и его источник, что для разных экосистем может быть индивидуальным. Такие подходы в настоящее время находятся в стадии обсуждения. Основные методы и организация контроля загрязняющих веществ. Из приведенных примеров нормативов ПДК видно, что концентрации веществ, подлежащих количественному определению в сложных по составу объектах могут быть чрезвычайно низкими. Кроме того, важна оперативность получения информации, по возможности - непосредственно на месте наблюдений. Понятно, что при массовых определениях такие факторы, как стоимость и квалификация персонала также играют определяющую роль. Совокупность таких требований, как селективность, чувствительность, оперативность, доступность определяют выбор методов анализа загрязняющих веществ. Электрохимические, спектрохимические инструментальные методы, непосредственно или в сочетании с хроматографическим разделением и концентрированием, в зависимости от задач, используются в системе контроля. Особое значение имеет развитие методов анализа не общего содержания элемента, а конкретной формы (напр., метилртути). Контроль загрязняющих веществ может производиться на месте их выброса (производственный контроль; стационарные системы с относительно невысокой чувствительностью и селективностью, высокие требования к агрессивности, температуре, абразивному воздействию); в санитарной зоне предприятия (может производиться периодически, более высокие требования к селективности и чувствительности); на региональном уровне (более удаленном от источников выброса, отсюда требования к селективности, чувствительности, оперативности - более высокие); наконец, контроль может выполняться в глобальном масштабе (напр., содержание озона в атмосфере). Система контроля включает производственный и государственный уровни; глобальный масштаб наблюдений осуществляется научными организациями. Масштабы и темпы развития современной техносферы, при сохранении принципов использования вещества и энергии, как было показано в предыдущих лекциях, угрожают функционированию Биосферы как эволюционно сложившейся, динамической, самоподдерживающейся биогеоценотической системы. Наиболее острой является проблема загрязнения атмосферного воздуха, почв, поверхностных, грунтовых, подземных вод и вод Океана, в результате колоссального объема отходов производства (добыча полезных ископаемых, металлургия, машиностроение, строительная, пищевая индустрия, энергетика, транспорт) и отходов потребления (бытовые отходы, выбрасывание изделий, утративших товарную ценность). Эта проблема – порождение общего принципа использования вещества в техносфере, фактически без цикличности; соответственно, нельзя считать, что совершенствование систем очистки и захоронения отходов обеспечит гармонизацию техносферы и Биосферы. Часто используемые термины «экологически чистое производство (или его продукт)», «замкнутые технологии» носят условный характер, ограниченный масштабами рассмотрения. Любое производство нуждается в исходных материалах, энергии, и производит товар, поступающий за пределы данного производства, но остающийся в рамках системы более крупного масштаба – Биосферы. С этих позиций техносфера является подсистемой Биосферы, а конкретное производство – подсистемой техносферы. По мере перехода к подсистемам меньшего порядка степень их закрытости (по веществу) и изолированности (по энергии) снижается. Это имеет место и в Биосфере, но в отличие от подсистем техносферы, отдельные экосистемы, популяции, организмы объединены общим циклическим характером вещественных превращений и ограничены в использовании энергии. Не отрицая необходимости снижения до минимума потребления сырья и энергии в сфере производства, ликвидации особо опасных отходов, не стоит переоценивать эффективность отдельных мероприятий; задача заключается в общем изменении принципов организации техносферы. В.А.Коптюг выделяет 3 подхода к проблеме экологизации промышленности. Первый – «End-of-the-pipe” – традиционный подход очистки отходящих газов и сточных вод в конце технологического цикла до некоторых нормативов «безвредности» их прямого воздействия. Задачи химии на этом этапе сводились с нахождению способов извлечения отдельных нормируемых соединений при экономически оправданных затратах. Основные способы очистки отходящих газов: от пыли – электрофильтры, адсорбция (для полярных газов – на силикагеле, для неполярных – на активированном угле), абсорбция водными растворами с образованием малорастворимых соединений, каталитическое дожигание. Хотя в отдельных производствах достигнута высокая эффективность таких технологий по заданному компоненту, их действенность ограничена сложным составом отходящих газов, трудностями их улавливания, необходимостью применения последовательных методов для разных компонентов. Основные методы очистки сточных вод: осветление (коагуляция, флотация), ионный обмен, экстракция, отгонка летучих соединений, различные электрохимические методы (электролиз, в т.ч. на пористых углеграфитовых материалах, электродиализ, в т.ч. с селективными мембранами), каталитическое дожигание и ряд других. Во всех случаях практика очистки сталкивалась с ситуацией, когда наиболее эффективный процесс мог быть реализован для отдельного потока, но не для суммарного выброса. Поэтому от организации очистки итоговых выбросов все больше переходят к локальным системам, ориентированным на совмещение с конкретным технологическим участком. В сочетании с ориентацией на возврат выделенного продукта в данный технологический процесс или на получение товарного продукта стабильного состава, этот подход означает переход к более системному принципу организации производства (“Pollution Prevention Pays”). В.А.Коптюг отмечает, что в настоящее время наиболее развитые страны следуют этому подходу, требующему значительных начальных затрат, но позволяющему их окупать при снижении объема производственных отходов до 80 %. Наиболее системным подходом, рассматриваемым не только как совершенствование технологий очистки, является подход “Cradle-to-Grave” («От рождения до гробовой доски»): производство того или иного вида товара согласуется с его переработкой после выведения из эксплуатации. В этом подходе уже на этапе разработки изделия предусматривается возврат затраченного вещества в форму исходного сырья, т.е. изменяются не только технологии, но и характер продукта, обеспечивается более замкнутое циклическое производство. Необходимость экологизации промышленного производства следует рассматривать в сочетании с проблемами производства энергии и обеспечения пищей. Экологические проблемы производства энергии. Уже сейчас в общем объеме производства энергии 39 % расходуется в промышленности, 31 % - на транспорте, 30 % - в жилищно-коммунальном хозяйстве и торговле. Т.о., основная потребность в энергии не связана с прямыми затратами на жизнеобеспечение, а определяется сложившимся уровнем социальных факторов. При этом 75% энергии получают при сжигании углеводородного сырья, 9 % - вклад гидроэнергетики, 16% - атомных электростанций. Оценки показывают, что альтернативные источники энергии (гелиоэнергетика, использование тепла Океана, энергии ветра, приливов, гидротермальных ресурсов) могут рассматриваться как имеющие локальное, но не глобальное значение. Увеличение производства энергии за счет сжигания углеводородного сырья, даже при замене угля (его запасы намного превосходят запасы нефти) на газ (доступные ресурсы которого резко возросли с открытием природных газ-гидратов) влечет поступление СО2 в атмосферу, вряд ли экологически приемлемо. Менее проблематичны перспективы ядерной энергетики, при решении острых проблем технологической безопасности и захоронения радиоактивных отходов. Однако имеется принципиальное ограничение дополнительного производства энергии в Биосфере, которое возрастает примерно вдвое каждые 15 лет. Уже сейчас оно соизмеримо с той частью энергии Солнца, которая не отражается в космос, а используется в фотосинтезе на производство биомассы (4 1013 Вт в единицах мощности) и обеспечивает функционирование всей системы живых организмов и, следовательно, поддержание параметров химического состава. Это количество энергии компенсируется ее поступлением из недр Земли (3,2 1013 Вт). Дополнительное производство энергии в техносфере способно нарушить сложившийся радиационный баланс и функционирование Биосферы в целом. Экологические проблемы производства пищи связаны не только с превращением все большей части естественных биогеоценозов в искусственные (что порождает нарушение функционирования природных систем), но и в бурном росте затрат энергии. Ниже приведены данные по затратам энергии (в кал) на получение 1 «пищевой» калории по разным видам сельскохозяйственного производства: Примитивное земледелие < 0,05 Экстенсивн. выращ. картофеля 0,07 Интенсивное пр-во картофеля 0,3 кукурузы 0,2 кукурузы 0,5 риса 0,02-0,1 риса 0,15 пр-во яиц 0,6 2,5 охота и сбор даров природы 0,15 отгонное скотоводство 0,5 прибрежный лов рыбы 1 Лов рыбы в открытом море 13-15 пастбищное скотоводство 3 Интенсивное пр-во мяса 12 Как видно, получение животных белков сопряжено с значительной дотацией энергии. Следует обратить внимание на задачи расширения набора растительных продуктов, особенно содержащих достаточный набор белков, поскольку сейчас основную массу выращиваемой продукции дают 12-15 видов, а также создание химических средств «направленного» действия, обеспечивающих получение высоких урожаев и быстро разлагающихся в природных условиях на простые «безопасные» продукты. В этой связи понятен интерес к успехам «генной инженерии». Таким образом, в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, транспорте, производстве энергии необходимы существенные изменения, затрагивающие не только способы, но и цели производства. Современные подходы к решению экологических проблем формируются на основе концепции LCA (Life Cycle Assessment) – совместного рассмотрения технологий циклического использования ресурсов, максимально соответствующих сохранению естественного функционирования природных экосистем. |
Похожие:
 | И охраны окружающей среды администрации города ижевска доклад об экологической обстановке Администрация города/Структурные подразделения Администрации города Ижевска/Управление природных ресурсов и охраны окружающей среды... |  | 20. 1 О-92 Охрана окружающей среды в Рунете Охрана окружающей среды в Рунете [Текст] : веблиогр список / гбук "Самар обл универс науч б-ка", информ библиогр отд.; сост. И. Л.... |
| В амурской области Издание доклада профинансировано из областного бюджета в рамках подпрограммы «Обеспечение экологической безопасности и охрана окружающей... | | Учебной дисциплины наименование дисциплины Охрана окружающей среды... Дисциплина "Охрана окружающей среды" обязательная дисциплина цикла оп, объединяющая тематику безопасного взаимодействия человека... |
| Загрязнение окружающей среды и экологические проблемы География мировых природных ресурсов. Загрязнение и охрана окружающей среды | | Основная образовательная программа по специальности 280201. 65 –... Цель ооп – обеспечение углубленной фундаментальной и профессиональной подготовки в области охраны окружающей среды, которая обеспечит... |
| Рабочая программа дисциплины «биоразнообразие и охрана окружающей среды» В связи с этим, наиболее актуальной задачей является задача экологического воспитания нового поколения, творчески применяющего экологические... | | Це ль и з а д а ч и ди с цип л ины Дисциплина «Безопасность жизнедеятельности (охрана окружающей среды)» относится к вариативной части (дисциплины по выбору студентов)... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины нанотехнологии Специальность... Специальность – 280201. 65 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Экологический глобус «Охрана природы – охрана здоровья» – к Всемирному дню охраны окружающей среды |
| Учебно-методический комплекс дисциплины химия окружающей среды Специальность... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... | | Рабочая программа по учебным дисциплинам профессионального модуля... Мкд 04. 02 «Охрана окружающей среды и природоохранные мероприятия» разработана на основе Федерального государственного образовательного... |
| Постановление от 06 апреля 2012 г. N 99-пр об утверждении государственной... В соответствии с Федеральным законом от 10 января 2002 г. N 7-фз "Об охране окружающей среды", в целях улучшения экологической ситуации... | | Об утверждении государственной программы Ивановской области «Охрана... Ивановской области «Охрана окружающей среды Ивановской области на 2014 2020 годы» |
| Программа элективного курса предпрофильной подготовки для учащихся... В законе Российской Федерации «Об охране окружающей среды» в статье 72 «Преподавание основ экологических знаний в образовательных... | | Тема: География мировых природных ресурсов. Загрязнение и охрана окружающей среды |
