Источники и масштабы tеxнoгенного загрязнения биосферы

1.2. Загрязнение  атмосферы

Общий современный уровень  техногенного загрязнения атмосферы  достигает порядка 4 млрд. т аэрозолей  и газовых выбросов (без СО₂) и 300- 500 млн. т пыли. Хотя эти количества составляют очень малую часть всей массы атмосферы, их концентрация в районах скопления промышленности и транспорта приводит к тому, что содержание загрязнителей в атмосфере над городом примерно в 150 раз выше, чем в сельской местности.

Источниками антропогенных  выбросов в атмосферу загрязнителей  являются теплоэнергетика, промышленность, нефте- и газопереработка, транспорт. Каждый из этих источников связан с  выделением. специфических примесей, состав которых насчитывает десятки  тысяч веществ. Однако наиболее распространенные загрязняющие вещества, поступающие  в атмосферу в большом количестве и называемые поэтому многотоннажными, сравнительно немногочисленны. Количественная характеристика природных и промышленных выбросов приведена в табл. 1.1.

Таблица 1.1-Глобальные эмиссии  из природных источников и в результате человеческой деятельности 

 ¹⁾В том числе метан; ²⁾В этом числе 20млн тонн SO₂  ;  ³⁾ Только SO₂

Основным химическим загрязнителем в настоящее время является  диоксид серы, образующийся при сжигании всех видов топлива, выплавке стали, меди и других цветных металлов, при производстве серной кислоты и др.

Практически все виды топлива  содержат серу: уголь - 3...7%, нефть - 1...2,5%, природный газ - 0,05%. В некоторых полиметаллических рудах содержится до 42.. .45% серы.

При сжигании каменного угля выброс в атмосферу на 1т топлива  составляет: 16...20кг S0₂, 20кг СО, -10кг N_xO_y, 50...60 кг взвешенных веществ.

Антропогенный вклад серы в атмосферу в северном полушарии  достигает 93%, в южном полушарии - 50%. Есть несколько районов мира, где выделение диоксида серы в  атмосферу особенно интенсивно: Рурский  промышленный комплекс, центр Великобритании, северо-восток США, Донбасс. Удельная эмиссия  S0₂ на территории этих районов весьма высока и достигает 100 т/км. Средняя эмиссия SO₂ в этих странах составляет: Великобритания - 23, Германия - 16, Украина - 6 т/км².

Оксиды серы и азота  могут задерживаться в атмосфере  до 15 дней. За  это время они  переносятся ветром на расстояние более 1000км, и одни страны становятся объектом постоянного загрязнения со стороны  других.

Каждый НПЗ выделяет в  сутки 100...300т диоксида серы. Такое  количество способно загрязнить воздушную  зону на высоте 100м в радиусе 40км от завода. Вокруг коксохимического завода создается геохимическая аномалия в радиусе 15км, вокруг ТЭС - в радиусе 8км.

Большое количество загрязняющих веществ поступает в атмосферу  городов с автомобильными выхлопами. В настоящее время в мире насчитывается  более 1 млрд. автомашин, выхлопные газы которых содержат более 500 органических токсичных соединений, в том числе  более 40 ПАУ, обладающих канцерогенным  и мутагенным действием.

Каждая машина с бензиновым двигателем за пройденные 15 тыс. км в  год потребляет 4350кг кислорода, а  выбрасывает 3250кг СО₂ около 600кг СО₂ 100...200кг углеводородов, 30...40кг окислов азота, 0,5кг » тетраэтилсвинца, 0,2г бензпирена.

Доля автомобильных выбросов в общем загрязнении атмосферы  городов составляет, %: Великобритания - 40...45, США - 50...60, Москва - 95, Ростов - 88, Киев - 85, Одесса - 60, Харьков - 60, Львов - 80, Ужгород, Ялта -90%, Днепропетровск - более 30%

В результате использования  тетраэтилсвинца в качестве антидетонационной  добавки к бензину с выхлопными газами выбрасываются оксиды, хлориды, фториды, нитраты и сульфаты свинца. Твердые частицы этих соединений образуют аэрозоли, которые оседают в непосредственной близости от автомобильных дорог.

В одном из крупнейших городов  США Лос-Анджелесе более 4млн автомобилей, которые ежедневно выделяют в  атмосферу города 50 т пыли только от износа автопокрышек, свыше 15 т свинца, около I тыс т оксидов азота, инициирующих фотохимический смог. В других крупных городах положение не лучше: в Мехико - 3 млн автомашин, Токио - 4,2 млн, в Киеве - около 1,5 млн, в Днепропетровске - более 250 тыс. В воздушное пространство над территорией США с выхлопными газами ежегодно поступает около 200 тыс т свинца: это 1/6 часть ежегодной добычи этого металла в стране. Насыщение биосферы тяжелыми металлами - одно из наиболее опасных глобальных последствий научно-технической революции.

Масштабы выбросов кадмия, цинка и меди всеми вулканами  мира далеко уступают объему этих металлов, поступающему от мусоросжигательных печей.

При сжигании 3 млрд. т угля с отходящими газами в атмосферу  поступает более 120 млн. т золы, в  которой содержится некоторых элементов  больше, чем добывается из земных недр.

Так, ТЭС мощностью 1 млн. кВт, сжигающая -1000 т угля в сутки, выбрасывает в атмосферу до 1кг ртути и 0,1кг мышьяка. Эти соединения обнаруживаются в районе крупных  ТЭС в окружности до 30 км.

Рассеянные элементы концентрируются  в биосфере, а затем поступают  в организм человека с продуктами питания, питьевой водой и воздухом.

1.3.Загрязнение  водных систем

Загрязняющие вещества рано или поздно попадают из атмосферы  на поверхность Земли и в водные системы. Промышленные предприятия  сбрасывают сточные воды в реки иногда даже без предварительной очистки. Стоки сельскохозяйственных угодий практически никто и не ставит целью очищать, поскольку технически это неразрешимая задача. По той  же причине нигде не очищаются  ливневые стоки (в том числе, крупных  городов). Загрязняются подземные воды - важнейший резервуар пресных  вод. Загрязнения пресных вод  и земель возвращаются человеку с  продуктами питания и питьевой водой.

Всего ~2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно  возобновляются. Большая часть пресных  вод - 85% - сосредоточена во льдах  полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в  океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10... 12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человека имеют пресные воды рек. Именно эти водные ресурсы подвергаются в настоящее время интенсивному антропогенному истощению: за счет непрерывного увеличения водозабора для растущих нужд промышленности, сельского хозяйства и бытового потребления (количественное истощение) и загрязнения вод (качественное истощение).

В настоящее время человечество потребляет на хозяйственно- бытовые  нужды 12... 13% речного стока, следовательно, потенциальные запасы пресной воды пока еще достаточны, однако в любом  районе мира они могут быть истощены из-за нерационального водопользования  или загрязнения. Темпы роста  водопотребления составляют 5...6% за 5 лет. Основные потребители воды - промышленность и сельское  хозяйство (~90%).

К числу отраслей промышленности, потребляющих большое количество воды, относится энергетика, где вода используется в системах охлаждения. По некоторым  оценкам, использование воды для  охлаждения составляет сейчас на планете 30% общего водопотребления, а в промышленно  развитых странах - до 60%.

Главный же потребитель пресной  воды - сельское хозяйство. Наблюдаемый  в настоящее время дефицит  пресной воды  усугубляется не только непрерывным ростом водопотребления, но и деградацией качества воды природных водоисточников в результате поступления в них неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленного, коммунального и сельскохозяйственного происхождения. Подсчитано, например, что если город потребляет в день 600 тыс. м³ воды, то он дает около 500 тыс. м³ сточных вод.

Строительство очистных сооружений и реконструкция действующих  еще существенно отстает от роста  потребления воды.

Казалось бы, задача решается просто. Достаточно построить необходимое  количество очистных сооружений и проблема качественного истощения пресных  вод будет решена. На самом деле, проблема оказывается намного сложнее. Даже при самой современной очистке, включая биологическую, из воды извлекаются  не более 90% органических и 10...40% неорганических веществ. Такая «очищенная» вода может стать пригодной для  потребления только после многократного  разбавления чистой водой. В среднем  для нормальной жизнедеятельности  реки или водоема промышленные или  городские стоки после очистки  на биологических сооружениях должны быть разбавлены в 15...30 раз. Только после этого вода, загрязненная стоками, восстанавливает свои первоначальные свойства. Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования расходуется 4200 км³ воды в год. На разбавление стоков уходит около 20...30% ресурсов пресных вод мира Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока вскоре будут близки к качественному и количественному исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1км³ «очищенной» сточной воды «портит» 10... 15 км³ речной воды, а неочищенной в 3...5 раз больше.

Следует добавить, что некоторые  особенно токсичные сточные воды химических производств вообще невозможно очистить существующими методами. Их приходится закачивать в подземные хранилища на постоянное хранение. Таким образом, создаются опасные объекты, так как всегда существует угроза либо прорыва, либо медленной миграции (фильтрации) таких вод в подземные водоносные горизонты. Так, на территории Украины функционируют около 3 тыс. фильтровальных накопителей сточных вод, которые существенно ухудшают состояние подземных вод в частности, в Кривбассе и Донбассе.

Особенно опасным является загрязнение природных вод (в  том числе, и питьевой воды) полихлорированными дибензодиоксинами (ТТХДД) и дибензофуранами (ПХДФ). Специально ПХДД и ГТХДФ не производятся, они образуются в качестве примеси при всех химических процессах  галоидирования ароматических соединений в присутствии кислорода, в частности  при производстве хлорфенолов и  гербицидов. Однако, даже обычная примесь  диоксинов в товарном продукте3*10^-4 % является чрезвычайно опасной. В момент аварий или залповых выбросов предприятий хлорной химии концентрация диоксинов превышает санитарную норму в 20... 100 тыс. раз!

В мировом масштабе основным загрязнителем поверхностных вод  суши является нефть и нефтепродукты, которые поступают в результате естественных выходов нефти в  районах залегания, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и  использовании в качестве топлива  и промышленного сырья. Ежегодные  поступления нефти в Мировой  океан достигают в настоящее  время 25...30 млн. т в год. После поступления  нефти в водный объект первоначально  образуются нефтяные слитки-пятна, растекающиеся  по водной поверхности: 1т нефти загрязняет акваторию площадью 12 км². Нефтяная пленка вызывает гибель оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, т.е. нарушается газообмен между атмосферой и гидросферой. А ведь основная доля общего запаса органического углерода и общей валовой продукции фотосинтеза приходится на зеленые растения океана, в первую очередь фитопланктон.

Среди продуктов промышленного  производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и гидробионты занимают детергенты - синтетические вещества, очень токсичные к процессам  биологического разложения, Ежегодно производится около 4 млн. т детергентов. Концентрация этих соединений в сточных  водах, как правило, составляет 5..,15мг/л (при нормативном требовании для  рыбохозяйственного использования  водных объектов - 0,1 мг/л).

Из других ингредиентов, загрязняющих воду, необходимо назвать  тяжелые металлы - ртуть, свинец, цинк, кадмий, медь, олово, хром, марганец, никель, радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм.

В поверхностные водоемы  Днепропетровской области ежегодно сбрасывается более 2 млрд. м³ сточных вод, в том числе без очистки более 740 млн. м³. Большая часть такой воды приходится на долю крупнейших промышленных предприятий металлургической, химической, машиностроительной промышленности. В районе Днепропетровска днепровская вода содержит такие загрязняющие вещества, как нефтепродукты, нитраты, нитриты, сульфаты, соли аммония, хлориды, ионы тяжелых металлов: железа, свинца, никеля, хрома, меди, цинка, марганца, ртути.