Экологизация промышленных производств
Геоэкологические воздействия промышленности охватывают всю технологическую цепочку, начиная от добычи сырья и его первичной обработки, через процессы производства, до использования конечного продукта и размещения отходов.
Промышленность — основной потребитель минеральных природных ресурсов. Минеральные природные ресурсы — совокупность полезных ископаемых в недрах какого-либо региона (страны, мира в целом), подсчитанных в соответствии с существующими требованиями к качеству и горно-геологическим условиям разработки месторождений с учетом научно-технического прогресса. К минеральным ресурсам могут быть также отнесены вещества, которые технически возможно и экономически целесообразно извлекать из морской воды. Классификация минеральных ресурсов приведена на рис. 4.3. Многие отходы и продукты промышленного производства токсичны и представляют опасность для окружающей среды и людей. Поэтому геоэкологические требования к различным отраслям промышленности строго нормированы.
Проблемы рационального природопользования в горнодобывающей промышленности. Основное место среди природных ресурсов, играющих важнейшую роль в жизни и развитии цивилизаций, занимают материалы и сырье, заключенные в недрах Земли. Их называют полезными ископаемыми. В результате длительного многовекового процесса извлечения полезных ископаемых из земных недр в горнодобывающей промышленности накопилось немало проблем, связанных с природопользованием в этой сфере хозяйства. Среди них следует назвать истощение минеральных ресурсов в процессе добычи и некомплексной переработки; образование огромных масс отходов, загрязняющих окружающую среду; нарушение поверхностных слоев литосферы.
Масштабы добычи полезных ископаемых в мире быстро растут. Если в 1970-е гг. из недр Земли извлекалось около 100 млрд т горных пород, то к 2000 г. добыча возросла до 600 млрд т. Строятся новые шахты, карьеры, рудники, угольные разрезы, нефтяные и газовые скважины, перемещаются сотни миллиардов тонн грунта.
Масштабы влияния горнодобывающих производств особенно ощутимы в связи с тем, что из всего объема добываемого минерального сырья используется лишь 5 — 10%, остальное идет в
Рис. 4.3. Виды минеральных ресурсов
отходы. Поэтому важнейшие задачи, стоящие перед этой отраслью хозяйства, включают охрану и рациональное использование ископаемого сырья, экономию материалов и энергии. Как известно, минеральные ресурсы относятся к категории исчерпаемых природных ресурсов.
Перспектива недостатка сырья — реальная опасность для человечества. По прогнозам специалистов, мировых запасов большинства минеральных ресурсов хватит всего на 70— 140 ближайших лет (см. табл. 2.2).
Суть глобальной сырьевой проблемы не сводится лишь к близкой исчерпаемости некоторых видов минерального сырья. Действительно, в настоящее время интерес представляет лишь та доля природного вещества, использование которой технически возможно и экономически эффективно (по условиям залегания и качеству).
Наиболее доступные месторождения ископаемых быстро истощаются. Многие страны строят свой национальный доход за счет экспорта, состоящего почти исключительно из минерального сырья и топлива. Так, развивающиеся страны Африки экспортируют 90 % добываемого сырья, страны Латинской Америки — около 50 %. К сожалению, и в России сложившиеся в конце XX — начале XXI в. экономические условия таковы, что 80 % экспорта составляют сырье и топливо, главным образом нефть и газ. Монополизм в промышленности грозит России экологическим колониализмом. Жесткая борьба на мировом рынке, колебания цен и многие другие неблагоприятные явления в экономике имеют прямое отношение к глобальной сырьевой проблеме.
Особенно важен с точки зрения экономии ресурсов вопрос полноты извлечения и комплексности использования сырья в рамках одной отрасли хозяйства.
Степень извлечения полезного продукта из руды в настоящее время невысока. В природе практически не бывает чистых руд, содержащих один металл. Некомплексная переработка уже добытого минерального сырья приводит к потере ценных сопутствующих компонентов.Огромное количество сырья теряется в процессе его добычи и транспортировки. Например, в России на протяжении многих лет сохраняются на высоком уровне потери в недрах при подземной добыче угля (23,5 %), хромовой руды (27,7 %), калийных солей (62,5 %). Многие миллиарды кубических метров попутных газов сжигаются в факелах при добыче нефти. Особо стоит вопрос о вторичном использовании сырья, т. е. об извлечении одними отраслями полезных компонентов из отходов переработки сырья другими отраслями. Например, чтобы получить одну тонну цветного металла необходимо переработать 100 — 200 т руды. Ежегодно эта отрасль дает 1,5 млрд т отходов, содержащих ценные элементы. При разработке хибинских апатитов из 33 элементов, входящих в их состав, используется один фосфор, остальное идет в отвалы, где скопились миллионы тонн нефелина (а это сотни тысяч тонн алюминия, соды, цемента), тысячи тонн титано-магнезита и др. Политика ресурсосбережения включает использование вторичных ресурсов (металлолома, макулатуры, шлаков, золы ТЭС), сокращение потерь при транспортировке и переработке сырья, а также расхода материалов на единицу изделия. Широкое применение искусственных минералов (например, синтетических алмазов), пластмассы, керамики позволяет сохранять традиционные ресурсы.
В настоящее время горно-промышленный комплекс превратился в один из самых крупных источников загрязнения окружающей природной среды. Спектр влияния на биосферу загрязнителей, образующихся в результате деятельности его предприятий, настолько широк, что во многих районах добычи сырья возникают непредсказуемые эффекты, губительно сказывающиеся на состоянии природных экосистем, животном и растительном
мире. Например, на нефтяных месторождениях Западной Сибири случается до 35 тыс.
аварий в год, которые приводят к значительным разливам нефти. Места этих разливов невозможно обнаружить своевременно из-за труднодоступное™ и заболоченности местности. Это явление приобрело массовый характер и грозит серьезными экологическими последствиями (табл. 4.5).Растет воздействие человека на литосферу. Во многих регионах земного шара поверхность изрыта огромными карьерами глубиной более 500 м. Обычная глубина шахт в некоторых регионах мира достигает 1 500 м; золоторудные месторождения в Южной Африке разрабатываются на глубинах до 4 000 м. Земная поверхность покрыта гигантскими отвалами, образовавшимися в результате добычи и переработки минерального сырья, терриконами пустой породы на месте разработки угольных месторождений.
Интенсивная откачка подземных вод и изменение установившегося гидродинамического режима на территориях, пораженных древним карстом, может вызвать нарушение их устойчивости и развитие так называемых карстово-суффозионных процессов, приводящих к образованию провальных воронок техногенно-
Табл и ца 4.5
Техногенные чрезвычайные ситуации (ЧС), произошедшие на территории Российской Федерации в 2006 г.
(Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2006 году»)
Чрезвычайные ситуации по характеру и виду источников возникновения | Всего ЧС | Число человек | |
погибших | пострадавших | ||
Техногенные ЧС | 2 541 | 5 927 | 3 289 |
Аварии, крушения грузовых и пассажирских поездов, поездов метрополитена | 15 | 5 | 2 |
Аварии грузовых и пассажирских судов | 25 | 28 | 201 |
Авиационные катастрофы | 40 | 301 | 170 |
ДТП с тяжкими последствиями | 180 | 685 | 1234 |
Аварии на магистральных трубопроводах и внутрипромысловых нефтепроводах | 40 | 4 | 1 |
Аварии с выбросом (угрозой выброса) аварийно химически опасных веществ (АХОВ) | 19 | 17 | 171 |
природного происхождения.
В некоторых районах эти процессы развиваются настолько быстро, что становятся опасными не только для зданий и сооружений, но и для людей. За 30 лет в конце XX — начале XXI в. в северо-западной части Москвы образовалось 42 карстово-суффозионных провала. Диаметр провальных воронок достигал 40 м, глубина — от 1,5 до 5 — 8 м. В результате пострадало три пятиэтажных здания, жителей которых пришлось переселить, а здания разобрать.Добыча сырья карьерным или шахтным способом приводит к сильному запылению атмосферы из-за частых взрывных работ, образованию огромного количества отходов вскрышных пород и переработки минерального сырья, отвалы которых занимают сотни тысяч гектаров, в том числе плодородных земель. Опускание поверхности Земли происходит также при добыче жидких, газообразных и твердых полезных ископаемых. Самый впечатляющий пример — добыча нефти и газа в районе г. Лонг-Бич в Калифорнии, где оседание поверхности в 1950-х гг. XX в. достигло 8,8 м. В России данная проблема актуальна для Западной Сибири, поскольку опускание этой территории даже на несколько десятков сантиметров может существенно увеличить ее и без того сильную заболоченность.
На месте горных выработок и скважин происходит изменение целостности массивов пород, остаются многокилометровые подземные пустоты и галереи, что приводит к просадке грунта, его смещению и деформации, изменению водного баланса территории, загрязнению поверхностных и подземных вод.
Большое влияние на геологическую среду оказывают подземные ядерные взрывы. Резко меняются свойства горных пород, происходит их уплотнение, изменение уровней поверхностных и подземных вод.
Бурение нефтяных и газовых скважин, откачка нефти и газа из месторождений, сооружение большого количества крупных водохранилищ нарушают сплошность недр, устойчивость горных пород. Сравнительно недавно возникло понятие «наведенная сейсмичность» — землетрясения, вызванные воздействием хозяйственных мероприятий на устойчивость недр.
В настоящее время недра становятся средой временного обитания и деятельности людей (шахты, метро, бомбоубежища, подземные хранилища воды и различных веществ, в том числе радиоактивных, подземные заводы, холодильники, ракетоустановки, подземные гаражи).
Формирующиеся на месте нарушенных земель техногенные ландшафты отличаются почти полным отсутствием почвенного покрова, растительности, микроорганизмов. Породы, попадающие в отвалы, могут содержать вредные соединения, которые, выделяясь, загрязняют воздух, почву, воды. По имеющимся дан-
ным, ежегодно из недр Земли извлекается не менее 4 км3 горных пород и руд практически всех известных элементов. Вследствие прямых потерь, неполного использования сырья и отходов производства концентрация металлов в почве к середине XXII в. может увеличиться в 10— 100 раз, что окажется губительным для всех наземных экосистем.
Для восстановления нарушенных горными разработками природных ландшафтов проводят рекультивацию — комплекс инженерных, горно-технических, мелиоративных, лесовосстановительных и других видов работ.
Сельскохозяйственная рекультивация включает привнесение плодородного почвенного слоя толщиной не менее 80 см с мощностью гумусового слоя не менее 30 см, последующее рыхление рекультивируемых участков, применение удобрений, нейтрализацию кислотности почв известковыми материалами, использование севооборотов с участием многолетних и однолетних трав и др. При этом виде рекультивации часто используется пласт почвы, предварительно снятый и складированный до начала разработок.
Лесохозяйственная рекультивация не требует тщательного выравнивания отвальных площадей. Эти земли далее могут использоваться также под пастбища или сенокосы с предварительным внесением в почвы удобрений.
Водохозяйственная рекультивация предполагает создание искусственных водоемов в карьерах, оставшихся от горных разработок, возможно использование их для искусственного орошения сельскохозяйственных земель, рыборазведения.
Рекреационная рекультивация применяется во многих странах в целях создания зон отдыха для местного населения, облагораживания нарушенных человеком природных ландшафтов. В частности проводят террасирование склонов, подбор и посадку декоративных растений; насыпные терриконы используют для создания спортивных сооружений: горнолыжных и саночных трасс и др.
Воздействие промышленного производства на окружающую среду. На долю промышленности приходится большая часть выбросов в окружающую среду. Статистика показывает, что мощность современной индустрии удваивается каждые 13 — 15 лет. Усиление воздействия на природу вызывает стремительно растущую деградацию природной среды. Особенно быстро увеличивается химическое давление на среду обитания вследствие применения устаревших технологий и оборудования.
Различные отрасли промышленности отличаются используемым сырьем, технологическими процессами и многообразием воздействия на природу и человека. Потребителями полезных ископаемых являются отрасли перерабатывающей промышленности: черная и цветная металлургия, угольная, нефтяная, горно-хими-
ческая промышленность, производство строительных материалов. Для отраслей перерабатывающей промышленности характерно значительно большее воздействие на состояние атмосферы и поверхностных вод, чем для добывающей. Эти отрасли хозяйства отличаются наибольшими масштабами химического загрязнения окружающей среды, поступающего в виде твердых отходов, газовых выбросов, сточных вод (табл. 4.6).
С химическим загрязнением биосферы связаны изменения климата и спектрального состава солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, явление «парникового эффекта», истощение озонового слоя, кислотные осадки, что в совокупности отражается на здоровье всей биоты, и в первую очередь — человека. Многие химические соединения способны передаваться по пищевым цепям и накапливаться в живых организмах, и том числе и в организме человека. Химическая нагрузка на одного жителя России за время жизни составляет 2,8 т углеводородов; 4,2 т СО; 140 кг пестицидов; 6,3 кг фторидов; 2,1 кг фенола; 1 кг свинца; 12 кг ртути; 1 кг тяжелых металлов (В.И.Данилов-Данильян, 1994).
Россия незначительно отличается от развитых государств мира по общим объемам выбросов в атмосферу на единицу площади и душу населения, но существенно превосходит их по выбросам ток-
Таблица 4.6
Вклад отраслей промышленности России в загрязнение атмосферы и поверхностных вод (М. П.Ратанова, 1999)
Отрасли промышленности | Доля в выбросах в атмосферу, % | Доля в сбросе сточных вод, % |
Добывающая промышленность: | 20,6 | 1U |
нефтедобыча | 10,9 | 0,4 |
угольная | 5,1 | 10,6 |
газовая | 4,6 | 0,1 |
Перерабатывающая промышленность: | 79,4 | 88,9 |
цветная металлургия | 30,2 | 7,8 |
черная металлургия | 21,3 | 11,6 |
нефтеперерабатывающая | 7,1 | 3,7 |
машиностроение | 5,2 | 10,5 |
промышленность стройматериалов | 4,5 | 2Д |
химическая и нефтехимическая | 3,9 | 22,3 |
деревообрабатывающая | 3,8 | 23,6 |
пищевая | 2,1 | 2,1 |
оборонная | 0,8 | 2,8 |
легкая | 0,5 | 2,4 |
сичных углеводородов и тяжелых металлов. Из примерно 25 тыс. российских предприятий, служащих основными источниками выбросов, лишь 38 % оборудованы очистными сооружениями, которые во многих случаях работают неэффективно. В настоящее время также ослаблен экологический контроль за ростом предприятий (рис. 4.4).
Из данных наблюдений за качеством воздуха в городах России следует, что уровень загрязнения воздуха остается высоким. Степень влияния предприятий различных отраслей промышленности на компоненты окружающей природной среды представлена в табл. 4.7.
В целом по России 39 % ее городского населения проживает на территориях, где не проводятся наблюдения за загрязнением ат-
Рис. 4.4. Суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников в некоторых регионах России (Н.Ф. Винокурова и др., 1995):
1 — государственная граница; 2 — границы субъектов РФ
мосферы, а 56 % (59,8 млн чел.) — в городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферы, среди которых лидируют в Иркутской области — Ангарск, Братск, Зима, Иркутск, Усолье- Сибирское, Шелехов, в Кемеровской — Кемерово и Новокузнецк, в Челябинской — Карабаш, в Московской — Мытищи, Щелково, в Хабаровском крае — Хабаровск, Комсомольск-на-Амуре, в Красноярском — Норильск и др. В обзоре загрязнений природной среды в Российской Федерации (2006) приведены данные о городах с наибольшим уровнем загрязнения воздуха в 2005 г., определяемом бенз(а)пиреном (БП), формальдегидом (Ф), фенолом, N02, СО, CS2, HF, NH3, сажей, взвешенными веществами (ВВ):
В табл. 4.8 приведены данные о количестве городов России, в которых наблюдается загрязнение воздуха пылью, бенз(а)пиреном, оксидами азота, серы и углерода, а также о средних концентрациях этих веществ в воздухе указанных городов.
Основной вклад в высокий уровень загрязнения атмосферы вносят предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, электроэнергетики (рис. 4.5), а в загрязнение поверхностных вод — целлюлозно-бумажная промышленность, машиностроение и др.
Различные виды металлургического производства дают большие массы разнообразных по составу и практически не используемых шлаков и пыли. В целом при производстве 1 т стали образуется около 0,4 т твердых шлаков, содержащих тяжелые металлы, мышьяк, сурьму и другие примеси, которые из отвалов попадают в окружающую среду. Выбросы предприятий черной металлургии имеют высокую температуру (300—800 °С). Загрязнение воздуха от предприятий распространяется на расстояние 15 —25 км в зависимости от силы ветра.
Цветная металлургия загрязняет биосферу оксидом серы (IV), мышьяком и другими токсичными соединениями. Многие регионы России, где сосредоточены предприятия медной, свинцовоцинковой, алюминиевой промышленности, характеризуются кризисной экологической обстановкой. Это города Каменск- Уральский с алюминиевым заводом; Норильск, в течение многих лет занимающий 1-е место среди городов России по атмосферному загрязнению; Карабаш Челябинской области с медеплавильным комбинатом, объявленный зоной экологического бедствия; Кольский полуостров (города Мончегорск, Кандалакша и пос. Никель), где в зоне влияния комбината «Печенганикель» погибло
Таблица 4.8
Загрязнение воздуха городов России по данным стационарных станций в 2005 г.
(Обзор загрязнения природной среды в Российской Федерации, 2006)
Загрязняющее вещество | Число городов | Концентрации, мкг/м3 | |
средняя | максимальная | ||
Пыль | 227 | 125 | 1100 |
no2 | 237 | 39 | 300 |
NO | 135 | 28 | 270 |
so2 | 231 | 8 | 145 |
СО | 203 | 1400 | 9 800 |
Бенз(а)пирен, мкг/м-10'3 | 169 | 2,5 | 5,2 |
свыше 1 000 га лесов, отмечаются высокие уровни загрязнения почв, подземные водоносные горизонты загрязнены тяжелыми металлами.
Предприятия химической и нефтехимической промышленности выбрасывают в окружающую среду хлор, оксиды серы и азота, соединения фосфора, ртути. При сернокислотном производстве происходит выброс S02 и других соединений серы. Заводы по производству азотных удобрений выбрасывают в сутки 2 — 5 т оксидов азота. Предприятия, выпускающие пестициды и красители, загрязняют окружающую среду хлором. Шинная промышленность поставляет в атмосферу стирол, толуол, ацетон. Отходы нефтепереработки содержат до 85 % серной кислоты и зачастую сливаются в реки и овраги.
Машиностроение дает 10 —13 % объема промышленных сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, маслами, механическими взвесями, ионами тяжелых металлов.
Ресурсный цикл большинства производств фактически не замкнут; на каждом его этапе неизбежны потери, возникающие вследствие особенностей технологии. Многие предприятия России устарели, представляют повышенную опасность, растет число аварий на производствах.
Учет содержания загрязнений в атмосферном воздухе населенных мест осуществляется на основе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ — максимальных разовых (ПДКмр) и среднесуточных (НДК^) (табл. 4.9).
В России, как и в других странах мира, для некоторых веществ, широко используемых в хозяйственной деятельности, не определены их токсичность, мутагенность и канцерогенность. Для многих опасных отходов не установлены ПДК, что грозит непредсказуемыми последствиями. Прежде всего это касается особо опасных веществ, таких как диоксины, полихлорбифенилы, бензапирен.
Развитие диоксиноопасных производств в ряде городов Российской Федерации, а также применение гербицидов в зонах интенсивного рисосеяния на Кубани, в районах Нижней Волги, Дальнего Востока и Приазовья создают реальную угрозу диоксинового загрязнения. Выборочные обследования окружающей среды на содержание в ней диоксинов проводились в Дзержинске, Ногинске, Чапаевске и Щелково, где действуют химические производства. Установлено повышенное содержание диоксинов (до 0,01—0,14 мг/кг) в продукции этих предприятий, тогда как в США и ФРГ допустимый норматив для подобной продукции составляет 0,001 — 0,005 мг/кг.
Диоксины в сто раз токсичнее яда кураре, которым индейцы смазывали свои стрелы, в тысячу раз токсичнее известного яда
Предельно допустимые концентрации некоторых веществ, поступающих в атмосферу (В. Ф. Протасов, 2001)
Вещество | Концентрация, мг/м3 | |
максимальная разовая | средняя суточная | |
no2 | 0,085 | 0,04 |
NH3 | 0,20 | 0,04 |
Сажа (копоть) | 0,15 | 0,05 |
so2 | 0,03 | 0,005 |
СО | 3,0 | 1,0 |
р2о5 | 0,15 | 0,05 |
С12 | 0,01 | 0,03 |
Пыль | 0,15-0,5 | 0,05-0,15 |
стрихнина. Даже в ничтожных концентрациях они оказывают сильнейшее воздействие на иммунную и эндокринную системы организма.
Основная опасность диоксинов заключается в их способности накапливаться в живых организмах и вызывать отдаленные последствия хронического отравления малыми дозами. Интенсивное изучение опасности загрязнения диоксинами ведется с тех пор, когда стала известна причина массовых поражений людей во Вьетнаме, Севезе (Италия), Миссури (США), Японии (болезнь Юшо) (В. Ф. Протасов, 2001).
В настоящее время в России активно рекламируются оконные рамы, линолеум, трубы, покрытия для крыш, жалюзи и даже игрушки из поливинилхлорида (ПВХ). При пожаре это вещество выделяет сильнейший яд, ничтожная доза которого способна убить человека (чем и опасны горящие свалки, выбрасывающие в атмосферу диоксины). Не менее опасно биологическое разложение (холодное горение) изделий из ПВХ на свалках, при котором диоксины выделяются в течение многих десятков лет.
Бенз(а)пирен — один из самых распространенных и сильнодействующих канцерогенов, содержащихся в атмосферном воздухе. В городах, где его концентрация составляет 2 — 4 ПДК, частота заболеваний раком у лиц старше 40 лет возрастает на 12 — 20 %, а если ПДК превышена более чем в 4 раза — на 22 — 24 % по сравнению с городами, где концентрация бенз(а)пирена меньше 2 ПДК. Основные источники бенз(а)пирена — предприятия цветной и черной металлургии, коксо- и нефтехимии, литейное производство, асфаль-
тобетонные заводы, тепловые электростанции, транспорт и мусоросжигание.
Особенно высокие среднегодовые концентрации бенз(а)пирена (более 10 ПДК) в отдельные годы были зафиксированы в городах Сибири и Дальнего Востока: Братске, Зиме, Иркутске, Кызыле, Новокузнецке, Улан-Удэ, Уссурийске, Черемхове, Чите и Шеле- хове.
Уровни загрязнения городов на европейской территории России значительно ниже. Среднегодовые концентрации на уровне 2 — 6 ПДК отмечались в Калининграде, Кандалакше, Липецке, Новгороде, Сыктывкаре и Череповце (В.Ф. Протасов, 2001).
Проблема загрязнения поверхностных вод в России рассмотрена в подразд. 4.4, посвященном качеству вод.
Еще по теме Экологизация промышленных производств:
- 10.2 СИСТЕМА ИСТОЧНИКОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРАВА РОССИИ
- ИЗМЕНЕНИЕ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕОЦЕНОЗОВ
- Глава 6 ЗАДАЧИ СПЕЦИАЛИСТОВ-АГРАРНИКОВ ЭКОЛОГИЗАЦИИ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
- 7.5.2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ И УЛУЧШЕНИЕ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
- о ПАСПОРТАХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ НАУЧНЫХ РАБОТНИКОВ
- Обречены на инновации: жизнь на периферии как фактор изобретательства
- Глава 5 ПРОМЫШЛЕННОСТЬ: ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И ТЕРРИТОРИАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ
- Модель «чистое производство» и процесс ее поэтапного внедрения на пищевом предприятии (аналитический разбор конкретного опыта)
- Творческая мысль отечественных авторов.
- § 4. Экологизация технологических процессови оптимизация размещения источников загрязнения