Инженерная защита ОС

1. Принципиальные  направления инженерной защиты  окружающей среды 

Основные направления  инженерной защиты окружающей среды  от загрязнения и других видов  антропогенных  воздействий —  внедрение ресурсосберегающей, безотходной  и  малоотходной технологии, биотехнология, утилизация и детоксикация отходов и главное —экологизациявсего производства, при котором обеспечивалось бы включение всех видов взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота веществ.

Эти принципиальные направления основаны на  цикличности материальных ресурсов и заимствованы у природы, где, как известно, действуют замкнутые циклические процессы. Технологические процессы, в которых в полной мере учитываются все взаимодействия с окружающей средой и приняты меры к предотвращению отрицательных последствий, называют  экологизированными. Подобно любой экологической системе, где вещество и энергия расходуются экономно и отходы одних организмов служат важным условием существования других, производственный экологизированный процесс, управляемый человеком, должен следовать биосферным законам, и в первую очередь закону  круговорота веществ.

Другой путь, например создание всевозможных, даже  самых совершенных очистных сооружений, не решает проблему, так как это борьба со следствием, а не с причиной. 

Основная причина  загрязнения биосферы — это ресурсоемкие и  загрязняющие технологии переработки  и использования сырья. Именно эти, так называемые традиционные технологии 

приводят к  огромному накоплению отходов и  к необходимости очистки сточных  вод и утилизации твердых отходов.

Достаточно отметить, что ежегодное их накопление на территории бывшего СССР в 80-х гг. составляло 12—15 млрд т твердых отходов, около 160 млрд т жидких и свыше 100 млн т газообразных .

Биотехнология в  охране окружающей среды В последние годы в экологической науке все больший интерес проявляется к биотехнологическим процессам,  основанным на создании необходимых для человека продуктов,  явлений и эффектов с помощью микроорганизмов. Применительно к охране окружающей человека природной среды биотехнологию можно рассматривать как разработку и создание биологических объектов, микробных культур, 

сообществ, их метаболитов  и препаратов путем включения  их в  естественные круговрроты веществ, элементов, энергии и информации.

Биотехнология нашла  широкое применение в охране  природной среды, в частности  при решении следующих  прикладных вопросов:

— утилизации твердой  фазы сточных вод и твердых  бытовых отходов с помощью  анаэробного сбраживания;

— биологической  очистки природных и сточных  вод от  органических и неорганических соединений;

— микробного восстановления загрязненных почв,  получения микроорганизмов, способных нейтрализовать  тяжелые  металлы в осадках сточных  вод;

— компостирования (биологического окисления) отходов  растительности (опада листьев, соломы и др.);

— создания биологически активного сорбирующего  материала  для очистки загрязненного воздуха.

 2. Нормирование качества окружающей

среды

Под качеством  окружающей среды понимают степень  соответствия ее характеристик потребностям людей и  технологическим требованиям. В основу всех природоохранных  мероприятий  положен принцип нормирования качества окружающей среды. Этот термин означает установление нормативов  (показателей) предельно допустимых воздействий  человека на  окружающую среду.

Согласно природоохранному закону Российской Федерации (1991) соблюдение экологических нормативов, т. е.  нормативов, которые определяют качество природной среды,  обеспечивает:

— экологическую  безопасность населения;

— сохранение генетического  фонда человека, растений и  животных;

— рациональное использование и воспроизводство  природных ресурсов в условиях устойчивого  развития.

Чем меньше пороговая  величина экологических  нормативов, тем выше качество окружающей среды. Однако более  высокое качество требует  соответственно больших затрат,  эффективных технологий и высокочувствительных средств  контроля. Поэтому нормативы  качества окружающей среды по мере подъема уровня развития общества имеют  тенденцию к  ужесточению.

Основные экологические  нормативы качества и воздействия  на окружающую среду:санитарно-гигиенические:

— предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК);

— допустимый уровень  физических воздействий (шума, вибрации, ионизирующих излучений и др.)

Производственно-хозяйственные:

— допустимый выброс вредных веществ;

— допустимый сброс  вредных веществ ;

— допустимое изъятие  компонентов природной среды;

— норматив образования  отходов производства и  потребления;

Комплексные показатели:

— допустимая антропогенная  нагрузка на окружающую  природную  среду;

— экологическая  емкость территории.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) —  представляет собой количество загрязнителя в  почве, воздушной или водной среде, которое при постоянном или временном  воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных  последствий у его потомства. В последнее время при определении  ПДК учитывается не только степень  влияния загрязнения на здоровье человека, но и воздействие этих загрязнений на диких животных, растения, грибы,  микроорганизмы, а также  на природные сообщества в целом.

Для нормирования содержания вредного вещества в  атмосферном  воздухе установлены два норматива  — разовый и  среднесуточный ПДК. Максимально разовая предельно  допустимая концентрация (ПДК м. р.) — это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая недолжна вызывать при  вдыхании его в течение 30 минут рефлекторных реакций в  организме человека (ощущение запаха, изменение световой  чувствительности глаз и др). Среднесуточная предельно  допустимая концентрация (ПДК с. с.) — это такая концентрация  вредного вещества в воздухе, которая не должна оказывать на  человека прямого или косвенного вредного воздействия при  неопределенно долгом (годы) воздействии.

Под предельно  допустимой концентрацией вредного  вещества в почве (ПДК, мг/кг) понимают такую максимальную  концентрацию, которая не может вызвать прямого  или косвенного влияния на среду, нарушить самоочищающую способность почвы и оказать отрицательное воздействие на здоровье человека.Для водной среды ПДК загрязняющих веществ означает такую концентрацию этих веществ в воде, выше которой она становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования. ПДК загрязняющих веществ устанавливаются отдельно для питьевых вод и рыбохозяйственных водоемов.

Требования к  качеству вод в водоемах, используемых для рыбохозяйственных целей, специфичны и в большинстве случаев более жестки, чем таковые для водных объектов  хозяйственно-бытового назначения. Так, рыбохозяйственные ПДК для ряда моющих веществ в три раза ниже санитарных норм, нефтепродуктов — в шесть раз, а тяжелых металлов  (цинка) — даже в сто раз. Объяснить это ужесточение требований к качеству воды в  рыбохозяйственных водоемах нетрудно, если вспомнить, что при переходе вредных веществ по пищевой (трофической) цепи  происходит их биологическое накопление до опасных для  жизни количеств.

Нормативы допустимой антропогенной нагрузки (НДАН) на окружающую среду — это максимально возможные  антропогенные воздействия на природные  ресурсы или комплексы, не приводящие к нарушению устойчивости экологических  систем. Различают региональные и  отраслевые НДАН. Например, разработаны  НДАНна экосистемы озера Байкал. Отраслевые

НДАН применяются  к отдельным природным ресурсам. Так, ограничивается, например, численность  домашнего скота на единицу пастбищных угодий.

Для оценки общей  устойчивости экосистем к  антропогенным  воздействиям используют следующие  показатели: 1)  запасы живого и мертвого органического вещества; 2)  эффективность  образования органического вещества или продукции  растительного  покрова и 3) видовое и структурное  разнообразие (Государственный доклад..., 1994).

Ученые-экологи  установили, что стабильность среды  обитания не только растительного, но и животного мира, а в  конечном счете и человека определяется в  первую очередь,  массой живого органического  вещества и его основной части  — фи- томассы (древесина, травянистая растительность и др.). Чем значительнее эта масса, тем стабильнее среда. 

Главенствующее  значение при этом имеют фотосинтезирующие  организмы, так как ониявляются основным источником биомассы, а также определяют пищевые условия для всех остальных звеньев экосистемы и в значительной мере состав атмосферного  воздуха.

Способность экосистем  в минимальные сроки  восстановиться в случае антропогенногонарушения определяется дру гим показателем — эффективностью образования продукции растительного покрова в результате вторичной сукцессии.

Чем выше структурное  и видовое разнообразие экосистем, тем большее число комбинаций структурных элементов  может  создать она в ответ на внешнее  антропогенное  воздействие. Структурное  разнообразие экосистемы можно оценить, сравнивая запасы фитомассы (древесина, травянистая растительности, и др.) и зоомассы (хищники, копытные,  грызуны и т. д.).

Потенциальная способность  природной среды перенести ту или иную антропогенную нагрузку без нарушения основных функций  экосистем определяется термином «емкость  природной среды», или экологическая  емкость территории. Понятие о  предельно допустимой антропогенной  нагрузке на природную среду, по мнению П. Г. Олдака (1983), должно лежать в основе всего природопользования. В связи с этим он различает экстенсивное и равновесное природопользование.

Экстенсивное (расширяющееся) природопользование — когда рост производства осуществляется за счет возрастающей  нагрузки на природные  комплексы, причем эта нагрузка растет быстрее, чем увеличивается масштаб  производства.  Экстенсивное природопользование может привести к полному  разрушению природного комплекса и подобно  тому, как безграничный рост биологической  емкости популяции приводит к  ее краху (см. гл. 3), крах потерпит и техносфера. Равновесное природопользование — когда общество контролирует все стороны своего развития, добиваясь того, чтобы совокупная антропогенная нагрузка на среду не превышала самовосстановительного  потенциала природных систем.

Отсюда вытекает важный вывод о том, что регулирование  качества природной среды должно начинаться с определения нагрузок, допустимых с экологической точки  зрения, а регио^

нальное природопользование должно соответствовать экологической «выносливости» территории.

Пренебрежение основным экологическим комплексным нормативом в инженерно хозяйственной практике чревато  серьезными экологическими просчетами. В 1990 г. тогдашнийруководитель Госкомприроды Н. Н. Воронцов сетовал на то, что «такие понятия, как экологическая емкость территории,  вообще не использовались до недавних пор. Есть, скажем, в Донбассе залежи угля? Есть неподалеку руды Кривого Рога? Будем наращивать там металлургию на донецких углях, не  разбирая,* выдержат земля и люди иди нет». И далее он отмечал:

«Конечно же, нужно  улучшать фильтры пыле- и газоуловителей, очищать сточные воды. Но не было у нас до сих пор главного — идеологии ресурсосбережения, определения экологической емкости, биосферного подхода».

При формировании территориально-производственных  комплексов, развитии промышленности, строительства,  реконструкции городов и т. д. применение допустимых норм  антропогенной нагрузки предусматривается в обязательном порядке.

Региональные  допустимые нормы антропогенной  нагрузки  устанавливают предельную хозяйственную нагрузку на  территориальные  природные комплексы. Отраслевые — на отдельные виды природных ресурсов, например, предельное число  домашнего скота на единицу пастбищных угодий, предельное число посетителей в национальном парке, и т. д.

3. Защита атмосферы

Для защиты воздушного бассейна от негативного  антропогенного воздействия в виде загрязнения  его вредными  веществами используют следующие меры:

— экологизацию технологических процессов;

— очистку газовых  выбросов от вредных примесей;

— рассеивание  газовых выбросов в атмосфере;

— устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.

Наиболее радикальная  мера охраны воздушного бассейна от загрязнения  — экологизация технологических процессов и в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ.Экологизация технологических процессов предусматривает, в частности, создание непрерывных технологических процессов производства, замену местных котельных установок на централизованное тепло, предварительное очищение топлива и сырья от вредных примесей, замену угля и мазута на  природный газ, применение гидрообеспыливания, перевод на  электропривод компрессоров, сваебойных агрегатов, насосов и др.

Все шире применяют  частичную рециркуляцию, т. е.  повторное  использование отходящих газов. Учитывая исключительную актуальность охраны  атмосферного воздуха от загрязнения отработанными газами (ОГ)  автомобилей, первоочередной проблемой  является создание  экологически «чистых» видов транспорта. В настоящее  время  ведется активный поиск  более «чистого» топлива, чем  бензин. В  качестве его заменителя рассматриваются экологически чистое газовое топливо, метиловый спирт (метанол), малотоксичный аммиак и  идеальное топливо — водород. Продолжаются  интенсивные разработки по замене карбюраторного двигателя  на более экологичные типы — дизельный, паровой, газотурбинный и др.

В опытно-конструкторских  бюро созданы пробные модели автомобилей, работающих на энергии электрических  аккумуляторов в черте города, а за его пределами переходящих  на работу на обычных карбюраторных  двигателях. Продолжаются работы по созданию идеального с точки зрения экологических  требований вида транспорта - автомобиля на солнечных  элементах.

4. Защита  гидросферы 

Поверхностные воды охраняют от засорения, загрязнения  и истощения. Для предупреждения засорения принимают  меры, исключающие  попадание в поверхностные водоемы  и реки строительного мусора, твердых  отходов, остатков лесосплава и других предметов, негативно влияющих на качество вод,  условия обитания рыб и  др. Истощение поверхностных вод  предотвращают путем строгого контроля за минимально допустимым стоком вод.

Важнейшая и наиболее сложная проблема — защита  поверхностных вод от загрязнения. С этойцелью предусматриваются следующие экозащитные мероприятия:

— развитие безотходных  и безводных технологий;  внедрение  систем оборотного водоснабжения;

— очистка сточных  вод (промышленных,  коммунально-бытовых  и др.);

— закачка сточных  вод в глубокие водоносные горизонты;

— очистка и  обеззараживание поверхностных  вод,  используемых для водоснабжения  и других целей.

Главный загрязнитель поверностных вод — сточные воды, поэтому разработка и внедрение эффективных методов очистки сточных вод представляется весьма актуальной и экологически важной задачей. Наиболее действенным способом  защиты поверхностных вод от загрязнения их сточными водами является разработка и внедрение безводной и безотходной технологии производства, начальным этапом которой является 

создание оборотного водоснабжения. При организации  системы оборотного водоснабжения  в нее включают ряд очистных сооружений и установок, что  позволяет создать  замкнутый цикл использования производственных и бытовых сточных вод. При  таком способе водоподготовки

сточные воды все  время находятся в обороте  и попадание их в поверхностные  водоемы полностью исключено.

Ввиду огромного  многообразия состава сточных вод  существуют различные способы их очистки: механический,  физико-химический, химический, биологический и др. В  зависимости от степени вредности  и характера загрязнений очистка  сточных вод может производиться  каким-либо одним способом или комплексом методов (комбинированный способ). В  процессе

очистки предусматривают  обработку осадка (или избыточной биомассы) и обеззараживание сточных  вод перед сбросом их в водоем.

5. Защита  литосферы 

Защита почв от прогрессирующей деградации и  необоснованных потерь — наиболее острая экологическая  проблема в земледелии^ которая еще далека от своего решения.

В число основных звеньев экологической защиты почв  входят:

— защита почв от водной и ветровой эрозии;

— организация  севооборотов и системы обработки  почв с целью повышения их плодородия;

— мелиоративные  мероприятия (борьба с заболачиванием, засолением почв и др.);

— рекультивация  нарушенного почвенного покрова;

— защита почв от загрязнения, а полезной флоры и  фауны — от уничтожения;

— предотвращение необоснованного изъятия земель из сельскохозяйственного оборота.

Защита почв должна осуществляться на основе  комплексного подхода к сельскохозяйственным угодьям как сложным природным  образованиям (экосистемам) с обязательным  учетом региональных особенностей.

Для борьбы с эрозией  почв необходим комплекс мер:  землеустроительных (распределение угодий по степени  их  устойчивости к эрозионным процессам), агротехнических 

(почвозащитные  севообороты, контурная система  выращивания  сельскохозяйственных  культур, при которой задерживается  сток,химические средства борьбы и т. д.), лесомелиоративных (полезащитные и водорегулирующие лесные полосы, лесные  насаждения на оврагах, балках и т. д.) и гидротехнических (  каскадные пруды и т. д.).

При этом учитывают, что гидротехнические мероприятия  останавливают развитие эрозии на определенном участке сразу же после их устройства, агротехнические — через несколько  лет, а лесомелиоративные — через 10—20 лет после их  внедрения.

Для почв, подверженных сильной эрозии, необходим весь комплекс противоэрозионных мер: полосное земледелие, т. е. такая организация территории, при которой прямолинейные  контуры  полей чередуются с полезащитными  лесными полосами, почвозащитные севообороты(для защиты почв от дефляции), облесение оврагов, бесплужные системы обработки почв (применение культиваторов, плоскорезов и т. п.), различные гидротехнические мероприятия (устройство каналов, валов, канав, террас, сооружение водотоков, лотков и др.) и другие меры.

Великий русский  ученый-естествоиспытатель,  основоположник почвоведения, В. В. Докучаев (1846—1903) впервые  разработал учение о взаимодействии всех элементов природы  (рельефа, климата, почв и т. д.) и на этой основе обосновал выбор оптимальных  соотношений сельскохозяйственных угодий,  севооборотов и их рационального  территориального размещения.

Впечатляющий  пример успешной борьбы с эрозией  почв — Каменная степь в Воронежской  области, которую по праву  называют докучаевским бастионом. Известно, какое огромное  количество оврагов в этой области. По данным А. И. Тульчин- ского (1990), в Каменной степи на площади более 12 000 га за последние 50 лет не было ни одного оврага. В 1946 г. в результате жестокой засухи сильно пострадали Поволжье, Северный Кавказ, Украина, хозяйства окрест не собрали семян, а поля Каменной степи дали почти стопудовый урожай. Все дело в правильном соотношении между водой и лесом, лугами и  другими сельскохозяйственными угодьями.

Еще в начале века Д. И. Менделеев писал: «Вопрос засадки  лесом южных степей принадлежит  к разрешимым задачам. И я думаю, что работа в этом направлении  настолько важна для будущего России, что считаю ее однозначащей с защитой  государства».

 6. Защита биотических сообществ

Для сохранения численности  и популяционно-видового  состава  растений осуществляется комплекс природоохранных  мер, в число которых входят:

— борьба с лесными  пожарами;

— защита растений от вредителей и болезней;

— полезащитное лесоразведение;

— повышение эффективности  использования лесных  ресурсов;

— охрана отдельных  видов растений и растительных  сообществ.

Борьба с лесными  пожарами. В нашей стране уже  длительное время действует специальная  служба  государственной лесной охраны, оснащенная современной техникой  обнаружения и тушения пожаров. Для этих целей используют  самолеты, вертолеты, мощные пожарные автоцистерны,  опрыскиватели, вездеходы, бульдозеры и т. д. Значительна роль авиационной  охраны, на ее долю приходится почти  треть всех обнаруженных и ликвидированных пожаров влесах государственного фонда. Однако следует признать, что в последние годы отлаженная система обнаружения и тушения очагов  лесных пожаров становится малоэффективной из-за 

недостаточного  финансирования.

В борьбе с лесными  пожарами большую роль играют и другие меры защиты, в частности создание противопожарных барьеров-разрывов, специальных полос и др. Главные усилия следует направлять на профилактику  пожаров. Подавляющее большинство лесных пожаров  происходит, как известно, из-за неосторожного или неумелого  обращения людей с огнем. Так, на европейской территории  страны почти 100% возгораний происходит по вине местного населения (Государственный доклад..., 1997).

Причиной лесных пожаров, достигающих нередко  грандиозных  масштабов и наносящих непоправимый  экологический урон и огромные экономические  убытки, становятся, как правило, незатушенные костры, брошенные горящие окурки и спички, тлеющие пыжи, пламя из выхлопных труб и другие неосторожные действия. В связи с этим важнейшее значение имеют профилактические меры, особенно разъяснительная работа среди населения. Люди, посещающие лес, должны знать и неукоснительно соблюдать правила пожарной безопасности в лесах. Этими правилами запрещается разводить костры в пожароопасных местах (под кронами деревьев, на сухой подстилке, на торфяных почвах) и в пожароопасный период,  оставлять непогашенные костры, бросать окурки и др.

Невыполнение  законных требований органов  государственного контроля за использованием, воспроизводством и охраной лесов влечет за собой административный штраф, а умышленное повреждение или поджог леса относятся к тяжким  преступлениям.

Защита растений от вредителей и болезней. Среди  методов защиты растений от болезней и вредителей различают профилактические и истребительные меры. Лучшие  результаты дают профилактические меры, а именно: надзор, карантинная служба и различные лесохозяйственные мероприятия.

К истребительным (точнее, лечебно-истребительным) относятся следующие методы:

— агротехнические (правильные севообороты, сортировка и  очистка семян, выведение и возделывание непоражаемых сортов культурных растений, и др.);

— химические (использование специальных веществ,  токсичных для вредителей);

— биологические (основаны на уничтожении вредителей хищными и паразитическими насекомыми — энтомофагами, микроорганизмами, нематодами, насекомоядными птицами  и другими их естественными врагами).

По утверждению  В. Г. Нестерова, «лучшие друзья леса, истребители мельчайших и самых  вредных насекомых,  скромнейшие  птички с оперением серого цвета  — обыкновенная  пищуха и обыкновенный поползень, а также обыкновенный  скворец, многочисленные синицы и певчий дрозд». Деятельность насекомоядных  птиц в очаге размножения лесных вредителей позволяет схранить более 30% деревьев.

Один из перспективных  биологических способов — внедрение в природные популяции, численность видов которых надо уменьшить, таких особей, которые не способны давать 

потомство. По мнению А. В. Яблокова и С. А. Остроумова (1983), этот генетический метод защиты в  ряде случаев оказался  эффективным  и заслуживает широкого распространения.

В отношении химического  метода (глава 15) уже  обращалось внимание на его отрицательные стороны (загрязнение  пестицидами почвы и природных  вод, накопление токсичных веществ в продуктах питания и др.). В настоящее время во многих странах мира ведутся работы по дальнейшему  развитию интегрального метода защиты растений, при котором  пестициды постепенно заменяются биологическими методами, изыскиваются химические средства избирательного действия, строго регламентируется применение пестицидов. Этот  сбалансированный комплекс защиты растений позволяет уже на нынешней стадии разработки значительно сократить  использование токсичных веществ.