Семей қаласындағы қатты және тұрмыстық қалдықтардың қоршаған ортаға және адам денсаулығына әсері

Қазақстан Республикасының ғылым және білім министрлігі

Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті

Молдаханова Жанна

Семей қаласындағы қатты және тұрмыстық қалдықтардың қоршаған ортаға және адам денсаулығына әсері

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

5В060800 – «Экология» мамандығы

Семей

2014

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі

Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті

«Қорғауға жіберілді»

кафедра меңгерушісі

_________ доцент м.а. Кабышева Ж.К.

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы: «Семей қаласындағы қатты және тұрмыстық қалдықтардың қоршаған ортаға және адам денсаулығына әсері»

5В060800 – «Экология»  мамандығы

Орындаған                                                          Молдаханова Ж

Научный руководитель

и.о.доцент                                                                 Кабышева Ж.К.

Семей

2014

Содержание

Введение

Ученые и специалисты разных стран, а теперь еще правительства и общественность поняли, что нельзя решать экологические проблемы в одной отдельно взятой стране. Развитые страны отличаются от остальных тем, что применяют более современные технологии, что они накопили опыт решения экологических проблем. Но можно ли считать "чистой" отдельную комнату, если вокруг нее расположились десятки "грязных" в одном общем доме.

Проблемы загрязнения окружающей среды вообще и, в частности, твердыми производственными и бытовыми отходами актуальны во всем мире. И эта же проблема названа приоритетной в процессе разработки Национального плана действий по охране окружающей среды для устойчивого развития Республики Казахстан.

Нынешняя ситуация в Казахстане такова, что ухудшение состояния окружающей среды грозит не только благополучию, но и самой жизни населения. Более четверти территорий республики непригодны для жизни из-за испытаний на военных полигонах, из-за того, что фабрики и заводы оставляют после своей деятельности тонны токсичных промышленных выбросов, а сельское хозяйство использует тонны ядовитых химических веществ для борьбы с сорняками и насекомыми. Из-за опустынивания потеряна почти половина пастбищ, 75% поливных земель засолены. В отдельных районах средняя продолжительность жизни людей сократилась на 15-20 лет по сравнению с развитыми странами.

Специалисты-экологи определили, что на земле Казахстана лежат 20 миллиардов тонн твердых отходов, оставленных промышленными предприятиями. Только заводы цветной металлургии оставили после себя более 5,2 млрд. тонн. Площади, занимаемые накопителями отходов цветной металлургии, занимают около 15 тыс. гектаров.

С каждым годом эта «мусорная куча» увеличивается в среднем на 1 млрд. тонн. Большая часть вредных отходов (89%) размещена в специальных поверхностных хранилищах. Основные токсичные промышленные отходы сосредоточены в Жезказганской - 29,4%, Восточно-Казахстанской - 25,7%, Костанайской - 17%, Павлодарской - 14,6% областях. Эти области всегда были предметом гордости республики: здесь работали промышленные гиганты .

Масса атмосферы нашей планеты ничтожна - всего лишь одна миллионная массы Земли. Однако ее роль в природных процессах биосферы огромна. Наличие вокруг земного шар, то атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных космического и ультрафиолетового излучений.

Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования [1].

Современный газовый состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара. Он представляет собой в основном газовую смесь двух компонентов - азота (78,09%) и кислорода (20,95%). В норме в нем присутствуют также аргон (0,93%), углекислый газ (0,03%) и незначительные количества инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы и других газов. Наряду с газами в атмосфере содержатся твердые частицы, поступающие с поверхности Земли (например, продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы) и из космоса (космическая пыль), а также различные продукты растительного, животного или микробного происхождения. Кроме того, важную роль в атмосфере играет водяной пар.

Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот. Эти газы участвуют в основных биогеохимических циклах.

Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов.

Современная атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете. Главные запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органических веществах и окислах железа, часть кислорода растворена в воде. В атмосфере, по-видимому, сложилось приблизительное равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его потреблением живыми организмами. Но в последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере могут уменьшиться.

Особую опасность представляет разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последние годы. Большинство ученых связывают это с деятельностью человека.

Круговорот кислорода в биосфере необычайно сложен, так как с ним вступает в реакцию большое количество органических и неорганических веществ, а также водород, соединяясь с которым кислород образует воду [2].

Углекислый газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. Содержание углекислого газа в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы. Некоторые колебания содержания углекислого газа в воздухе местности зависят от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время исследования показывают, что с начала века среднее содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно увеличивается. Ученые связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.

Экологические блоки любого промышленного города между которыми формируются потоки загрязняющих веществ условно делятся на три группы:

- источники выбросов;

- транзитные среды;

- депонирующие среды.

Геохимическое состояние городской среды определяется количеством техногенных источников, их расположением, мощностью и качественным составом загрязняющих веществ. Наиболее опасная ситуация складывается при наложении воздействия различных видов производств.

Главными источниками загрязнения являются: не утилизированные промышленные и коммунально-бытовые отходы, содержащие токсичные вещества. Они подразделяются на жидкие и твёрдые (преднамеренно собираемые и депонируемые), стоки (поступающие в окружающую среду в виде жидких потоков), выбросы (рассеянные в атмосфере загрязняющие вещества в твердой, жидкой и газообразной фазах). Они могут быть организованные (трубы, факелы, очистные сооружения, отвалы) и не организованные - утечки в системах трубопроводов, при авариях, перевозках.

Инвентаризация техногенных источников является  одной из важнейших и первоочередных задач геохимической оценке городов.

Выбросы промышленных предприятий и транспорта попадают прежде всего в атмосферу, которую можно рассматривать как основную транзитную среду для техногенных потоков. Объем и характер выбросов определяются видом и мощностью промышленных предприятий, а также насыщенностью транспортных потоков (интенсивностью движения, видом транспорта, состоянием транспортных магистралей).

Наибольшие выбросы в атмосферу имеют города с черной и цветной металлургией. В крупных административных центрах основная доля поступлений в атмосферу связана с транспортом.

Основная масса поступающих в атмосферу элементов в входит в состав аэрозолей. При этом элементы с относительно высокими кларками - железо, марганец, цинк, хром, медь - связаны с мелко и крупнодисперсным аэрозолем  (0,05-2 мкм и более), а наиболее токсичные элементы с низкими кларками - кадмий, свинец, сурьма, мышьяк, ртуть - находятся преимущественно в субмикронной фракции (менее О,О5 мкм ) или парогазовой фазе аэрозоля. При этом преобладают водно-растворимые формы металлов.

Среди специфичных поллютантов приоритет у полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), формальдегидов, и тяжелых металлов. Особенно контрастны техногенные аномалии одного из ПАУ - 3,4 бензипирена, обладающего канцерогенными свойствами и образующегося при сжигании ископаемого топлива .

О характере и пространственном распределении атмосферного загрязнения можно судить по загрязнению снежного покрова. Снег обладает высокой сорбционной способностью и осаждает из атмосферы значительную часть продуктов техногенеза. Изучение химического состава снежного покрова позволяет выявить пространственные ареалы загрязнения и количественно рассчитать реальную поставку загрязняющих веществ в ландшафты в течение периода с постоянным снежным покровом.

Техногенные ареалы пыли в снежном покрове в 2-3 раза превышают площадь городской застройки. Опробование снега проводится перед началом таяния на всю его мощность специальными полихлорвиниловыми пробоотборниками. Проводят массовое площадное опробование территории города по регулярной, полурегулярной сети или векторным методом. Достоверные пространственные структуры загрязнения получают при взятии пробы на 1 км 2 на открытых площадках, удаленных на 150-200 м от воздействия транспорта или других локальных источников.

Суммарные значения коэффициентов техногенной  концентрации (для всех  элементов) характеризуют степень загрязнения ассоциацией элементов. Значения этого показателя больше 100-120 фиксируют высокий и опасный уровень загрязнения.

Основной депонирующей средой в городских ландшафтах является почвенный покров и растительность.

Растительный покров городов находится под мощным техногенным прессом поллютантов, поступающих в растения из воздуха и загрязненных почв. Они являются очень чутким индикатором состояния городской среды. Растения испытывают негативное воздействие значительного числа поллютантов: оксидов - серы, азота, углерода, тяжелых металлов, соединений фтора, фотохимического загрязнения. Наибольшую опасность представляют выбросы диоксида серы, содержащиеся в продуктах сгорания угля, нефти, мазута, а также фтористого водорода (производство алюминия и фосфатов). Высокие концентрации этих элементов приводят к некрозам и хлорозам листьев, сбрасыванию игл и листьев, замедлению роста и снижению продуктивности.

Биогеохимический анализ городской растительности  дает информацию о состоянии городской среды в теплое время года. На региональном фоне растительный покров города выглядит как средне - слабоконтрастная аномалия. На фоне этой относительно малоконтрастной аномалии вокруг промышленных предприятий, отвалов, свалок и других мест открытого складирования отходов, образуются контрастные аномалии не фиксируемые по снежному покрову и почвам. Исследования показали, что одним из наиболее эффективных показателей является кора деревьев, особенно сосны, не имеющая пределов поглощения для загрязняющих веществ и способная к аккумуляции поллютантов.

Цель дипломной работы. Изучение влияния антропогенной нагрузки на экологическое состояние города Усть-Каменогорск.

Задачи дипломной работы:

1.  Выявление источников загрязнения воздушной среды города Усть-Каменогорска и изучение их качественного и количественного состава.
2. Изучение влияния техногенной экологической нагрузки на экологическое  состояние города.
3. Изучение влияния  экологического состояния города на здоровье населения.
4. Разработка мероприятий по снижению антропогенной нагрузки на окружающую среду города Усть-Каменогорска.

Научная новизна. Дипломной работы заключается в систематизации всех теоретических и практических сведениях  по теме и разработке более современных мероприятий по сокращению выбросов и улучшению условий рассеивания вредных веществ. Предприятия города являются наиболее крупными загрязнителями атмосферы и одними из основных источников выбросов в атмосферу.

Практическая ценность дипломной работы заключается в применение комплексной оценке выбросов загрязняющих веществ, предусматривающих разработку и создание систем контроля и управления качеством природной среды, с применением средств технического обеспечения.

1.  Обзор литературы

1.1 Состояние загрязнения  атмосферы Республики Казахстан 

В «Концепции экологической безопасности Республики Казахстан» отмечается, что в стране сложилась неблагоприятная, а в ряде регионов кризисная экологическая обстановка, требующая введение системы ограничений и норм природопользования, которые служили бы основной экологической безопасности. Опасным проявлением экологического кризиса является фактор загрязнений атмосферы. 

Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле. Она участвует в формировании климата на планете, регулирует ее тепловой режим, способствует перераспределению тепла у поверхности. Благодаря наличию кислорода атмосфера участвует в обмене и круговороте веществ в биосфере. Таким образом, атмосферный воздух является одним из основных элементов биосферы, с которой человек постоянно находится в тесном контакте [1].

Под качеством атмосферы понимают совокупность ее свойств, определяющих степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом. Качество атмосферы зависит от ее загрязненности, причем сами загрязнения могут попадать в нее от природных и антропогенных источников. С развитием цивилизации в загрязнении атмосферы все больше превалируют антропогенные источники.

В глобальном масштабе наибольшую опасность представляет загрязнение атмосферы примесями, так как атмосферный воздух выступает своего рода посредником загрязнения всех других объектов природы, способствуя распространению больших масс загрязнения на значительные расстояния. Промышленными выбросами (примесями),  переносимыми по воздуху, загрязняется Мировой океан, закисляются почва и вода, изменяется климат и разрушается озоновый слой.

Под загрязнением атмосферы понимают привнесение в нее примесей, которые не содержатся в природном воздухе или изменяют соотношение между ингредиентами природного состава воздуха.

На величину концентраций вредных примесей в атмосфере влияют метеорологические условия, определяющие перенос и рассеивание примесей в воздухе,  смена направления и скорости ветра и другие. Вредные выбросы промышленных предприятий и других источников загрязнения оказывают отрицательное воздействие не только на окружающую среду, но и в ряде случаев значительно влияют на процесс эксплуатации технических средств. Так, например, оборудование электростанций, расположенное вне помещений, и воздушные линии электропередачи в значительной мере подвержены воздействию выбросов продуктов сгорания органического топлива.

Частицы пыли оседают на поверхности изоляторов. Количество накопившихся загрязнений достигает несколько десятков миллиграммов   на 1см2 поверхности, что приводит к образованию на поверхности изоляторов электропроводного слоя. В результате разрядные напряжения загрязненной изоляции при увлажнении могут снижаться в несколько раз.

Экологические исследования, проведенные в последние десятилетия во многих странах мира, показали, что все возрастающее разрушительное воздействие антропогенных факторов на окружающую среду привело ее на грань кризиса. Среди различных составляющих экологического кризиса (истощение сырьевых ресурсов, нехватка чистой пресной воды, возможные климатические катастрофы) наиболее угрожающий характер приняла проблема загрязнения незаменимых природных ресурсов – воздуха, воды и почвы – отходами промышленности и транспорта. В связи с этим в современном обществе резко возрастают роль и задачи инженерной (промышленной) экологии, призванной на основе оценки степени вреда, приносимого природе индустриализацией производства, разрабатывать и совершенствовать инженерно-технические средства защиты окружающей среды, всемерно развивать основы создания замкнутых и безотходных технологических циклов и производств.

Антропогенное воздействие — любой вид хозяйственной деятельности человека в его отношении к природе, техногенное — целенаправленный процесс технической (в том числе геологической) деятельности человека в биосфере и околоземном пространстве.

В зависимости от вида антропогенного воздействия (рис. 1) понятие «экологическая безопасность» может трансформироваться в широко применяемое на практике понятие «химическая безопасность» — совокупность определенных свойств объектов окружающей среды и создаваемых условий, при которых (с учетом экономических, социальных факторов и научно обоснованных допустимых дозовых нагрузок химических вредных веществ) удерживаются на разумно низком, минимально возможном уровне риска возникновение аварий на химически опасных объектах, прямое и косвенное воздействие этих веществ на окружающую среду и человека и исключаются отдаленные последствия влияния химически вредных веществ для настоящего и последующих поколений.

Рисунок 1. Виды загрязнений

Поддержание и обеспечение экологической (химической) обстановки на приемлемом уровне по определяющим ее параметрам во многом достигается целенаправленной деятельностью людей. Эта деятельность, выражающаяся в определенных мероприятиях, называется экологическим (химическим) обеспечением.

Преобладающее воздействие на загрязнение природной среды оказывают предприятия металлургического комплекса, электроэнергетики, топливной и химической промышленности.

Оборудование и технология, применяемые для улавливания и обезвреживания выбросов вредных веществ в атмосферу, совершенствуется крайне медленно, в связи, с чем продолжает оставаться низким уровень утилизации уловленных вредных веществ.

В настоящее время основная доля энергии производится за счет сжигания или переработки природного органосодержащего сырья – угля, нефти, газа, горючих сланцев, торфа, а также используется энергии рек путем строительства гидроэлектростанций и сооружения водохранилищ. Любой из современных способов производства и использования энергии (в промышленности, коммунально-бытовом и сельском хозяйстве, на транспорте) в большей или меньшей степени связан с определенными отрицательными воздействиями на окружающую среду [2].

Загрязнение окружающей среды есть любое внесение в ту или иную экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов, прерывающих круговорот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего данная система разрушается или снижается ее продуктивность.

Промышленные предприятия могут явиться источником интенсивного загрязнения атмосферы, водоемов и почвы.

Загрязнение биосферы возникает в результате:

- естественных причин (природное загрязнение: пыльные бури, вулканический пепел и др.);

- под влиянием  деятельности человека (антропогенное загрязнение).

По видам загрязняющих агентов загрязнение окружающей среды делят на:

1 механическое(запыление  атмосферы, твердые предметы в  воде и почве и др.);

2 физическое – это все виды выбрасываемой в природную среду энергии  (тепловое, радиоактивное, шумовое, электромагнитное, световое и др.);

3 химическое – это такие отходы и выбросы производства, которые попадая в атмосферу и гидросферу вступают во взаимодействие с окружающей средой, в результате чего загрязнения или могут быть нейтрализованы, или образуют более токсичные вещества (тяжелые металлы, пестициды, синтетические поверхностно активные вещества — СПАВ, пластмассы, аэрозоли, детергенты и др.);

4 биологическое – вызываются микроорганизмами, внесенными в окружающую среду при участии человека и наносящими этой среде или самому человеку вред (патогенные микроорганизмы, продукты генной инженерии и др.).

Помимо влияния на круговорот веществ, человек оказывает воздействие на энергетические процессы в биосфере. Наиболее опасным здесь является тепловое загрязнение биосферы, связанное с использованием ядерной и термоядерной энергии. Кроме вещественного и энергетического загрязнения начинает подниматься вопрос об информационном загрязнении окружающей человека среды.

По масштабам загрязнение может быть глобальным, региональным и локальным (местным).

По объектам загрязнения различают загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение почв и т.д., и даже загрязнение околоземного космического пространства.

Одна из классификаций загрязнений, основанная на системном подходе, сделана Г.В. Стадницким и А.И. Родионовым (1988). Авторы под загрязнением понимают любые нежелательные для экосистем антропогенные изменения (рис. 1) и делят его на: инградиентное, параметрическое, биоценотическое и стациально-деструкционное.

Ингредиентное загрязнение — совокупность веществ, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам (бытовые стоки, ядохимикаты и удобрения, продукты сгорания и т.д.).

Параметрическое загрязнение — изменение качественных параметров окружающей природной среды (шумовое, тепловое, световое, радиационное, электромагнитное).

Биоценотическое загрязнение — воздействия, вызывающие нарушение в составе и структуре популяций живых организмов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и т.д.).

Стациально-деструкционное загрязнение (от слов стация — место обитания популяции, деструкция — разрушение) — воздействие, приводящее к нарушению и преобразованию ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (вырубка лесов, эрозия почв, зарегулирование водотоков, урбанизация и пр.).

Исследуя загрязнение окружающей среды, необходимо учитывать вид и источник загрязнения (таблица 1), возможные формы миграции загрязняющих веществ между природными средами (таблица 2) и экологические последствия, которые они могут вызвать.

Таблица 1. Возможные формы перехода (миграции) загрязняющих веществ между природными средами

продолжение табл. 1