Степановских А.С. Экология

Подождите немного. Документ загружается.

Применяемое в этих целях оборудование разделяют на четыре группы:

сухие и мокрые пылеуловители, тканевые (матерчатые) фильтры и

электрофильтры. Выбор того или иного типа оборудования зависит от вида

пыли, ее физико-химических свойств, дисперсного состава и общего

содержания в воздухе.

От характера протекания физико-химических процессов методы очистки

промышленных отходов делят на следующие группы: промывка выбросов

растворителями примеси (метод абсорбции, рис. 14.14), промывка выбросов

растворами реагентов, связывающих примеси химически (метод хемосорбции);

поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (метод

адсорбции, рис. 14.15); поглощение примесей с применением катализаторов.

Более эффективно

применять полностью или

частично замкнутые воздушные циклы. Таким

образом, загрязненный воздух удаляется от

оборудования и из зоны дыхания рабочих. Пройдя через пылеуловители, он

частично выбрасывается в атмосферу. Эффективность схем и методов очистки

воздуха возрастает, если они являются составной частью технологического

оборудования. Улавливание вредных для окружающей среды веществ

позволяет сохранить ценные готовые продукты и сырье во многих отраслях

промышленности. Так, улавливание серы из отходящих газов Магнитогорского

комбината (Челябинская область) обеспечивает санитарную очистку и

одновременно дает возможность получить многие тысячи тонн серной кислоты

в год по сравнительно дешевой цене. Улавливание цемента позволило

отказаться от сооружения нескольких заводов. Подобные примеры можно

продолжить.

Ежегодно в мире выпускается свыше 25 млн автомобилей. К 2000 г.

численность мирового автомобильного парка достигнет 500 млн единиц, из них

около 400 млн легковых. Среди источников загрязнения атмосферного воздуха

автомобили занимают первое место. Загрязнение воздуха городов, крупных

поселков с интенсивным движением автотранспорта заставляет искать

альтернативу автомобилю с двигателем внутреннего сгорания.

Многообещающим является электромобиль на аккумуляторах, хотя здесь много

Рис. 14.14. Схема абсорбера

1 — абсорбент; 2 — очищенный

поток; 3 — насадка; 4 — сетка; 5 —

загрязненный поток; 6 — выброс в

канализацию

Рис. 14.15. Схема адсорбера

1 — сетка; 2 — адсорбент;

3 — очищенный поток;

4 — загрязненный поток

451

вопросов и нерешенных проблем.

Важным является создание не загрязняющего атмосферу общественного

транспорта: это и метрополитен, скоростные железные дороги, транспортные

средства на магнитной подушке и т. д.

Считалось, да и сегодня считается, что атмосферный воздух загрязняют

промышленные предприятия городов, а жители сельских районов страдают за

чужие грехи. Однако это не так. Например, в Курганской области в общем

объеме валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу традиционно

сельские районы дают без малого половину. Практически в каждом населенном

пункте дымит котельная, а их по области около 2 тыс. Большинство из них не

имеют газопылеулавливающего оборудования. В райцентрах и населенных

пунктах немало предприятий жилищно-коммунального хозяйства, предприятий

по переработке сельхозпродукции, древесины, по производству строительных

материалов. Как правило, на этих предприятиях используется старое

оборудование, идет постоянное загрязнение атмосферного воздуха. Решение

указанных проблем является весьма актуальным.

В улучшении воздушной среды городов и поселков большое значение

имеют архитектурные и планировочные мероприятия. Структура планировки

должна способствовать улучшению микроклимата и защите воздушного

бассейна. Необходимо учитывать основные источники загрязнения

окружающей среды — промышленные объекты и установки, автомобильные

дороги, аэропорты и аэродромы, железные дороги, телецентры, ретрансляторы,

радиостанции, электростанции, ЛЭП, дискомфортные природно-климатические

условия, организацию очистки и утилизацию отходов и т. д. В зависимости от

вредности выбрасываемых в атмосферу веществ и степени их очистки в ходе

технологического процесса промышленные предприятия делятся на пять

классов. Для предприятий первого класса устанавливается сани-тарно-защитная

зона шириной 1000 м, второго — 500, третьего — 300, четвертого — 100 и

пятого — 50 м. В зоне допускается расположение пожарных депо, бань,

прачечных, гаражей, складов, административно-служебных зданий, торговых

помещений и т. д., но не жилых домов. Территория этих зон обязательно

должна быть озеленена. Роль зеленых насаждений и лесопарковых массивов в

городах многогранна. Зеленые насаждения являются биофильтром,

отфильтровывают вредные примеси, радиоактивные частицы, поглощают шум.

Такова роль зеленых насаждений Москвы (рис. 14.16).

452

Рис. 14.16. Зеленые насаждения Москвы

В целом защита атмосферного воздуха от загрязнений должна

проводиться не только в региональном или местном масштабе, а в первую

очередь в глобальном, поскольку воздух не знает никаких границ и находится в

вечном движении.

15. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА ГИДРОСФЕРУ

15.1. Основные сведения о гидросфере

Гидросфера — это совокупность всех вод Земли: материковых

(глубинных, почвенных, поверхностных), океанических, атмосферных. Как

особая водная оболочка Земли, здесь рассматриваются лишь воды,

находящиеся на поверхности планеты — материковые и океанические.

453

Вследствие высокой подвижности воды проникают повсеместно в различные

природные образования. Они находятся в виде паров и облаков в земной

атмосфере, формируют океаны и моря, существуют в замороженном состоянии

в высокогорных районах континентов и в виде мощных ледяных панцирей

покрывают полярные участки суши. Атмосферные осадки проникают в толщи

осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять в себе

многие вещества, в связи с этим воды гидросферы можно рассматривать в

качестве естественных растворов разной степени концентрации.

Гидросфера находится в тесной зависимости с литосферой (подземные

воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы, в

которое она входит в качестве обязательного компонента (табл. 15.1).

Таблица 15.1

Распределение водных масс в гидросфере Земли

(по М. И. Львовичу, 1986)

Части гидросферы Объем

(в тыс. км

)

% от общего

объема

Мировой океан

Подземные воды, всего

в т. ч. зоны активного водообмена

Ледники

Озера

Почвенная влага

Пары атмосферы

Речные воды

Вся гидросфера

1370323

60000

4000

24000

230

1,2

1454643,

94,2

4,12

0,27

1,65

0,016

0,005

0,001

0,0001

100,0

Подавляющая часть массы природных вод (94,2%) — это воды Мирового

океана, представляющего собой уникальную природную систему. Здесь

происходит грандиозный процесс обмена, трансформации энергии и вещества

нашей планеты (рис. 15.1).

454

Рис. 15.1. Энергетика гидрологического цикла (по Ю. Одуму, 1986)

Примечание: энергетика гидрологического цикла представлена в виде двух путей: верхний

приводится в движение солнечной энергией, а нижний отдает энергию рекам, озерам, заболоченным

землям и выполняет работу, полезную для человека, например ГЭС. Поверхностный сток пополняет

резервуары грунтовых вод и сам пополняется от них

Различные физические, химические и биологические процессы

объединяются, образуя единую природу океана — древнейшую область

биосферы Земли. Со времени образования океана протекало изменение его

природы под воздействием различных природных процессов (солнечного

излучения, геологических и геохимических факторов) и, что весьма важно,

биологических процессов. Биологические процессы проявлялись и проявляются

в развитии живых организмов, в усвоении солнечной энергии и накоплении

свободной энергии в самих телах организмов, в биологической продуктивности

и осадкообразовании на всей площади дна Мирового океана, в формировании

различного рода органогенных илов.

Наиболее чистые атмосферные воды содержат 10—50 мг/л растворенных

веществ. Морская (океаническая) вода представляет собой раствор,

содержащий в среднем в 1 кг 35 г вещества. Можно считать, что в морской воде

присутствуют все химические элементы таблицы Менделеева. Однако

преобладающая часть растворенных веществ сложена немногими химическими

элементами: натрий, магний, кальций, хлор, углерод, сера. Они находятся в

морской воде в виде ионов различного типа. Например, можно выделить

455

катионы: Na

, Mg

, Са

и анионы С1

, SО

; HCO

; .СО

Другие химические элементы присутствуют в морской воде в более

низких концентрациях, чем главные ионы. Некоторые элементы, несмотря на

относительно низкую концентрацию, играют важную роль в химических

процессах моря и в морских организмах. Здесь ведущая роль принадлежит

азоту, фосфору, кремнию, усваивающимся живыми организмами, а их

концентрация в морской воде контролируется ростом и размножением морских

животных и растений.

15.2. Роль воды в природе и жизни человека

Когда мы хотим подчеркнуть ценность чего-либо, мы обычно сравниваем

с золотом. Белым золотом называют хлопок, зеленым — лес, черным — нефть.

Величайшее богатство земли — хлеб — получают из золотого колоса. С чем же

сравнить ценность обычной, простой, не говоря уже минеральной, лечебной

воды. Вода — бесценна! По словам академика В. И. Вернадского, «вода стоит

особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы

сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных,

геологических процессов».

Откуда появилась вода на Земле? До сих пор на этот, казалось бы,

простой вопрос нет однозначного ответа. За миллиарды лет существования

планеты ее океаны вполне могли бы наполниться водой от вулканических

извержений, доставляющих и сейчас на поверхность из глубин планеты

миллионы тонн воды ежегодно. Но если подсчитать, сколько за это время упало

на Землю метеоритов, содержащих воду, и сколько воды образовал на

подступах к планете поток водородных ядер — протонов, посылаемых

Солнцем, а он и сейчас дает по 1,5 тыс. т воды ежегодно, то реальным окажется

и космический источник. Существует гипотеза, согласно которой вода

пронизывает всю нашу планету, до самых далеких ее глубин, где она активно

перемещается, используя фазовые переходы и способность растворять. Она

образует единую дренажную оболочку Земли, с которой непосредственно

связаны месторождения многих полезных ископаемых, в особенности нефти и

газа.

Химическая формула воды — Н

О — поражает своей простотой. Однако

кажущаяся столь простой вода по своей структуре и свойствам — вещество

совершенно уникальное.

Вода является одним из самых сложных веществ, как с физической, так и

химической точек зрения. Вода относится к веществам, которые наиболее

трудно получить в чистом виде. Чистая вода всегда является смесью легкой

воды (Н

О) и очень малых количеств тяжелой и сверхтяжелой воды.

Вода — это вещество, физические константы которого отличаются

наибольшим количеством аномалий.

1. При нагревании от 0 до 4°С объем воды не увеличивается, а

уменьшается, и максимальная плотность достигается не в точке замерзания

(0°С), а при 4°С.

456

2. При замерзании вода расширяется, а не сжимается, как все другие тела,

плотность ее уменьшается.

3. Температура замерзания воды с увеличением давления понижается, а

не повышается.

4. Удельная теплоемкость воды чрезвычайно велика по сравнению с

удельной теплоемкостью других веществ.

5. Вследствие высокой диэлектрической постоянной вода обладает

большей растворяющей и диссоциирующей способностью в сравнении с

другими жидкостями.

6. У воды самое большое поверхностное натяжение из всех жидкостей:

7510

-3

Дж/м

Одна из причин аномалии — в особенностях строения и способности

молекул воды к сильному взаимодействию. Благодаря аномалии воды в

конечном счете обеспечивается жизнь на Земле. Вода, как известно, может

находиться в жидком, твердом и газообразном состояниях. Она остается

жидкостью в температурных интервалах, наиболее подходящих для жизненных

процессов. Для огромной массы организмов вода является средой их жизни и

эволюции. В определенное время года жидкая вода может замерзнуть и

покрыться льдом. При замерзании при 0°С вода превращается в лед, при этом

происходит расширение объема на 10%. Замерзание идет сверху вниз, лед легче

воды и плавает на поверхности. Эта особенность имеет большое значение для

жизни обитающих в водоемах (водных системах) организмов. Если бы лед был

тяжелее воды, водоемы промерзали бы до дна и жизнь в них замирала.

Высокая удельная теплоемкость, медленное нагревание и охлаждение

наряду с другими факторами определяют годовые, суточные и даже часовые

колебания температуры океанов и озер. Эти колебания заметно отличаются от

изменений температуры на суше. Указанное свойство воды определяет

различие в температурном режиме почв, в конечном итоге оказывает

существенное влияние на жизнь водных и почвенных организмов. Жизнь в воде

многообразнее, чем на суше.

Природные воды находятся в сложных обратимых взаимоотношениях с

организмами, горными породами, атмосферой. Происходящий в природе

круговорот самоочищающейся воды — вечное движение, обеспечивающее

жизнь на Земле, — оценивают в 483 000 кмУгод. Присутствующий в атмосфере

водяной пар играет роль фильтра для солнечной радиации, а вода на земной

поверхности служит своего рода мощной буферной системой, смягчающей

действие экстремальных температур.

Вода является главным фактором, определяющим климат на поверхности

Земли.

Главная роль воды состоит в том, что она является средой и источником

водорода для жизненных процессов. Практически все органические вещества

биосферы представляют собой продукт фотосинтеза, при котором растения

используют световую энергию для соединения двуокиси углерода с водой. Без

воды, как известно, фотосинтез не может происходить. Процесс, которому

обязана вся жизнь нашей планеты. Вода — единственный источник кислорода,

457

выделяемый в атмосферу при фотосинтезе. Вода необходима для

биохимических и биофизических процессов, обеспечивающих возможность

жизни на Земле. Образно говоря, в капле воды заключена жизнь (рис. 15.2).

Рис. 15.2. В капле воды заключена жизнь

Вода составляет 89— 90% массы растений и 75% массы животных. В

составе человеческого тела воды 65%. Вода служит постоянным участником

интенсивных биохимических процессов, происходящих в человеческом

организме. Ни один жизненный процесс не совершается без нее. Нарушение

водного баланса ведет к серьезным сдвигам в организме человека. При утрате 6

—8% влаги от массы тела человек впадает в полуобморочное состояние, при

потере 12% и выше процентов влаги наступает смерть. Сколько же

человеческому организму нужно воды?

Ученые считают, что в среднем человеку нужно 2,5 литра воды в сутки,

при этом один литр приходится на питьевую воду. Однако при определенных

условиях потребность в воде возрастает до 4—5 л, а в условиях жаркого

климата при низкой влажности воздуха достигает 6 л и более. Человек может

прожить без пищи пять-шесть недель, без воды — пять дней. Здесь уместно

привести слова Дж. Байрона: «Не испытав страданий жажды, нельзя постичь,

как много значит для людей вода».

Главным потребителем воды на Земле является человечество и его

деятельность. И не случайно все великие цивилизации древности возникали и

458

развивались вблизи воды, в больших речных долинах. Не существовало ни

одной великой цивилизации в местности, лишенной воды.

Подводя итог вышесказанному, следует еще раз подчеркнуть, что вода —

хранитель и распределитель на нашей планете солнечной энергии, главный

творец климата, ежедневной погоды, аккумулятор тепла и, что особенно важно,

необходимейшее условие жизни на планете. И нет на Земле ничего, к чему надо

было бы относиться с большим вниманием и осторожностью, чем к столь

привычной для нас воде. По образному выражению академика А. Л.

Карпинского, «вода — это живая кровь, которая создает жизнь там, где ее не

было».

15.3. Запасы пресной воды

Из общего количества воды на Земле столь нужная для человечества

пресная вода составляет немногим более 2% общего объема гидросферы, или

примерно 28,25 млн км

(табл. 15.2).

Таблица 15.2

Пресные воды гидросферы (по М. И. Львовичу, 1974)

Части гидросферы

Объем

пресной

воды, км

% от данной

части

гидросферы

% от общего

объема

пресной

воды

Ледники 24000000 100 85

Подземные воды

4000000

6,7

Озера и

155000

0,6

водохранилища

83000

0,3

Почвенная влага

14000

100

0,06

Пары атмосферы

1200

100

0,004

Речные воды

28253200

100

Итого

Нужно учесть, что основная часть пресных вод (около 70%) заморожена в

полярных льдах, вечной мерзлоте, на горных вершинах. Воды в реках и озерах

составляют лишь 3% суши, или 0,016% общего объема гидросферы. Таким

образом, воды, пригодные для всех видов использования, составляют

ничтожную часть общих запасов воды на Земле. Проблема усложняется и тем,

что распределение пресной воды по земному шару крайне неравномерно. В

Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39%

речных вод.

Россия по ресурсам поверхностных вод занимает ведущее место в мире.

Только в уникальном озере Байкал сосредоточено около 1/5 мировых запасов

пресной воды и более 4/5 запасов России. При общем объеме 23 тыс. км

озере ежегодно воспроизводится около 60 км

редкой по чистоте природной

воды.

Среднегодовой суммарный сток рек Российской Федерации в 90-х гг. XX

в.составляет 4270 км

в год, в том числе из сопредельных территорий в Россию

459

поступает 230 кмЭв год.

Потенциальные эксплуатационные ресурсы подземных вод в России

около 230 км

в год.

В целом в России на одного жителя приходится 31,9 тыс. м

пресной воды

в год. Однако распределение пресной воды, в первую очередь речного стока, по

территории крайне неравномерно и не соответствует численности населения и

размещению промышленных предприятий (табл. 15.3).

Таблица 15.3

Распределение речного стока по некоторым экономическим районам

России (по Н. Ф. Винокуровой и др.,1994)

Районы

Водообеспеченность общим стоком,

тыс. м

на 1 км

на одного жителя

Российская Федерация в целом

Центральный

Волго-Вятский

Центрально-Черноземный

Поволжский

Северо-Кавказский

Уральский

Западно-Сибирский

Восточно-Сибирский

Дальневосточный

248

240

610

130

410

200

169

228

270

280

31,9

4,2

11,4

2,8

10,7

5.1

7,6

45,8

151,6

307,5

90% общего годового объема речного стока приходится на бассейны

Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и

Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен

ее основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится

менее 8% общего годового объема речного стока. Водообеспеченность на 1 км

территории колеблется от 130 тыс. м

в Центрально-Черноземном районе до 610

тыс. м

— в Волго-Вятском, а на одного жителя — от 2,8 тыс. км

Центрально-Черноземном до 307,5 тыс. км

в Дальневосточном. Недостаточно

обеспечены собственными водными ресурсами Ростовская, Астраханская,

Липецкая, Воронежская, Белгородская, Курганская области, республика

Калмыкия и некоторые другие территории.

В Курганской области в среднем на одного человека приходится в год

1,15 тыс. м

водных ресурсов, что в 6,6 раза меньше, чем по Уральскому

региону, и в 27,7 раза меньше, чем в целом в Российской Федерации.

15.4. Использование водных ресурсов

Мы ошибочно полагали, что в распоряжении человечества находятся

неисчерпаемые запасы пресной воды и что они достаточны для всех нужд.

Следует повторить еще раз, что это было глубоким заблуждением.

Человечеству не угрожает недостаток воды. Ему грозит нечто худшее —

460