Качество окружающей среды. Загрязнение окружающей среды

 

1. Опекунов А.Ю. Экологическое нормирование и ОВОС: Учеб. пособие. – СПб.: Изд-во СПб ун-та. 2006. – 261 с.

2. Протасов В.Ф. Экология: Законы, кодексы, Экологическая доктрина, Киотский протокол, нормативы, платежи, термины, понятия, экологическое право. Учебное пособие. – 2-е изд., М.: «Финансы и статистика». 2005. – 380 с.

 Лекция Качество окружающей среды. Загрязнение окружающей среды

1. Качество окружающей среды. Нормативы качества ОС

Качество ОПС – это состояние естественных и преобразованных человеком экосистем, сохраняющее их способность к постоянному обмену веществ и энергии и воспроизводству жизни.

В естественных экосистемах качество природной среды обеспечивается действием законов природы, в преобразованных – соблюдением меры соответствия природной окружающей среды потребностям живых организмов и экологическим интересам общества. (1)

Специфика каждого вида производственной деятельности создает и определенные виды загрязнителей окружающей среды. Загрязнение может возникнуть в результате естественных причин (загрязнение природное) и под влиянием деятельности человека (антропогенное загрязнение).

Для оценки воздействия загрязнителей на объекты природной среды необходимо знание параметров и показателей, по которым необходимо производить оценку загрязненности.

Индекс качества среды – количественный показатель состояния окружающей среды, различно выражаемый в зависимости от целей оценки: в баллах или абсолютных единицах (например, в ПДК и других характеристиках степени загрязнения отдельным веществом или группой веществ).

В настоящее время используются различные нормативы качества окружающей природной среды. Одни дают оценку среды обитания человека, другие лимитируют негативные воздействия на природу. Их объединяет общность цели определения качества не социальной, а природной среды. Качество среды обеспечивалось самой природой путем саморегуляции, самоочищения от загрязнения нетехногенного происхождения. В его основе заложен принцип безотходности процессов, происходящих в природных циклах, при этом конечный продукт одного служит сырьем для следующего природного цикла. Человеческое производство, в отличие от природного, построено на отходной технологии. Конечный продукт технологического процесса используется человеком нерационально. Около 90 % основного продукта выбрасывается человеком в отходы, что приводит к накоплению на поверхности Земли инертных, порой вредных материалов. Такое положение создает проблему регулирования качества среды обитания человека.

Нормативы качества окружающей среды устанавливаются в целях сохранения экологических систем, генетического фонда растений, животных и безопасности жизнедеятельности населения; обеспечения рационального использования и воспроизводства природных условий, устойчивого развития хозяйственной деятельности.

В современных условиях важно обеспечить научно обоснованное сочетание экологических и экономических интересов как основы общественного прогресса. Предельно допустимые нормы являются своеобразным вынужденным компромиссом, позволяющим развивать хозяйство и сохранять жизнь и благополучие человека.

В законе «Об охране окружающей среды» (редакция 2002 г.) перечислены следующие виды нормативов качества окружающей среды:

нормативы химических показателей состояния среды, прежде всего, предельно допустимые концентрации (ПДК) химичес­ких веществ в воздухе, воде, почвах, растениях и т.д., вклю­чая радиоактивные вещества;

нормативы физических показателей состояния среды (ПДХ), в том числе радиоактивности, электромагнитности, вибрации, шума и т.д.;

нормативы биологических показателей состояния окружающей среды, в том числе видов и групп растений животных и других организмов, используемых как индикаторы при оценке каче­ства среды, а также нормативы предельно допустимых кон­центраций микроорганизмов.

Для территорий и акваторий с определенным режимом охраны, а также для особо охраняемых природно-территориальных и природно-антропогенных комплексов устанавливаются более строгие нормативы, с учетом природных региональных и локальных особенностей территории.

В систему нормативов качества окружающей природной среды входят нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ (ст. 26), нормативы предельно допустимых уровней шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий (ст. 28), нормативы предельно допустимого уровня радиационного воздействия (ст. 29), предельно допустимые нормы нагрузки на окружающую природную среду (ст. 33), нормативы санитарных и защитных зон (ст. 34). Перечисленные нормативы выражают качественные характеристики состояния природной среды и направлены преимущественно на обеспечение ее чистоты, что является лишь одной, хотя и важной характеристикой благоприятного состояния окружающей среды. 

2. Виды антропогенной нагрузки на природу. Нормативы допустимого  воздействия на ОС

С экологических позиций понятие загрязнение окружающей среды -  любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или не живых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего данная экологическая система разрушается или снижается ее продуктивность.

При анализе негативного влияния хозяйственной деятельности на окружающую среду и человека рассматривается три основных вида вредных воздействий: химическое, физическое и биологическое.

Под  химическим воздействием понимается изменение естественных химических свойств среды, выходящее за пределы природных колебаний содержания тех или иных химических ингредиентов. Выделяют загрязнения неорганическими, органическими химическими соединениями (химическое загрязнение) и аэрозольное (физико-химическое загрязнение). На территориях, подверженных сильным антропогенным нагрузкам, часто отмечается комплексное загрязнение окружающей среды как органическими, так и неорганическими веществами, в том числе ксенобиотиками - чужеродными для организма соединениями, ее встречающимися в естественных условиях.

К примеру овощи и фрукты – это важный поставщик витаминов и минеральных веществ, необходимых для организма человека. Но вместе с полезными веществами в организм человека попадают и опасные, которые накапливаются в растениях и вызывают отравление организма. Этими опасными веществами являются нитраты.

Само по себе присутствие нитратов в растениях – нормальное явление, т. к. они являются источниками азота в этих организмах, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, потому, что они обладают высокой токсичностью для человека и сельскохозяйственных животных. Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше их в плодах, причём больше в зеленых, чем в спелых.
Угроза попадания на прилавки торговых точек города продукции с повышенной концентрацией солей азотной кислоты велика и последствия их для населения очень серьёзны.

При употреблении продуктов с повышенным содержанием нитратов в организм человека поступают не только нитраты, но и их метаболиты: нитриты и нитрозосоединения.
Составить точный баланс прихода и расхода нитратов в организме пока не удалось.
Дело в том, что нитраты не только поступают в организм извне, но и образуются в нем.
Еще в 1861 г. в Тартуском университете Wilffins было обнаружено, что даже при без нитратной диете из организма с мочой выделяются нитраты.
В малых количествах нитраты постоянно присутствуют в организме человека, как и в растениях, и не вызывают негативных явлений.
Все беды начинаются тогда, когда нитратов становится слишком много.

Нитраты под воздействием фермента нитратредуктазы восстанавливаются до нитратов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови и окисляют в нём двухвалентное железо в трехвалентное. В результате образуется вещество метгемоглобин, который уже не способен переносить кислород.

Метгемоглобинемия – это кислородное голодание (гипоксия), вызванное нитритами.
Для образования 2000 мг метгемоглобина достаточно 1 мг нитрита натрия.
В нормальном состоянии у человека содержится в крови около 2% метгемоглобина.
Если содержание метгемоглобина возрастает до 30%, то появляются симптомы острого отравления (одышка, тахикардия, цианоз, слабость, головная боль), при 50% метгемоглобина может наступить смерть.
Концентрация метгемоглобина в крови регулируется метгемоглобинредуктазой, которая восстанавливает метгемоглобин в гемоглобин. Метгемоглобинредуктаза начинает вырабатываться у человека только с трехмесячного возраста, поэтому дети до года, и особенно до трех месяцев, перед нитратами беззащитны.

Нитраты способствуют развитию патогенной (вредной) кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека ядовитые вещества — токсины, в результате чего идёт токсикация, т. е. отравление организма.

Основными признаками нитратных отравлений у человека являются:

• синюшность ногтей, лица, губ и видимых слизистых оболочек;
• тошнота, рвота, боли в животе;
• понос, часто с кровью, увеличение печени, желтизна белков глаз;
• головные боли, повышенная усталость, сонливость, снижение работоспособности;
• одышка, усиленное сердцебиение, вплоть до потери сознания;
• при выраженном отравлении — смерть.

Нитраты снижают содержание витаминов в пище, которые входят в состав многих ферментов, стимулируют действие гормонов, а через них влияют на все виды обмена веществ.
У беременных женщин возникают выкидыши, у здоровых мужчин — снижение потенции.
При длительном поступлении нитратов в организм человека (пусть даже в незначительных дозах) уменьшается количество йода, что приводит к увеличению щитовидной железы.
Установлено, что нитраты сильно влияют на возникновение раковых опухолей в желудочно–кишечном тракте у человека.
Нитраты способны вызывать резкое расширение сосудов, в результате чего понижается кровяное давление.

Существует гипотеза о возникновении рака желудка.
По этой гипотезе, в первые десятилетия жизни химический канцероген, вероятно нитрозосоединение, проникает в клетки верхней части пищеварительного тракта через повреждения защитной слизистой оболочки и вызывает мутацию клеток.
Мутированные клетки вырабатывают слизь другого состава, рН повышается, в верхнюю часть желудочно–кишечного тракта проникают микроорганизмы, восстанавливающие нитраты в нитриты, образуются дополнительные нитрозосоединения.
Атрофия и метаплазия слизистой желудка нарастает в течение 30-50 лет, пока у некоторых людей с такой патологией не возникнут злокачественные опухоли.
На первый взгляд, 30—50 лет латентного периода - это очень много, но для тех, у кого отсчет начался с первого года жизни, с первого в жизни огурца с нитратами, срок в 30-50 лет вряд ли покажется большим.

Способы снижения количества нитратов в продуктах

Очень важно не только знать, в каких растениях, в каких их частях, употребляемых в пищу содержатся нитраты, но и не менее важно знать, как уменьшить содержание ядовитых веществ, вредных для здоровья человека.

1. Перед приготовлением пищи обязательно мыть овощи проточной водой.
   Это снижает количество нитратов на 20%;
2. Замачивать на длительное время (за 2 часа в воду переходит до 60% нитратов);
3. Удалять перед употреблением части, которые содержат высокое количество нитратов:
   – При бланшировании, тушении и жаренье содержимое нитратов в готовых кушаньях уменьшается на 10%. При варке большинства овощей на пару интенсивность снижения концентрации нитратов на 10-15 % ниже, чем при варке в воде.
   – При варке овощи гораздо лучше класть в холодную воду без соли. Солить к концу варки. Воду брать в количестве 1,0-1,2 л на 1 кг овощей, (соотношение вода: овощи должно быть 3:1).
   В картофеле, моркови, свекле, брюкве после чистки и мытья концентрацию нитратов снижается, соответственно, на 65%, 35%, 25% и 70 %.
   Слив первый отвар, можно дополнительно снизить количество нитратов.
   – В случае приготовления многокомпонентных кушаний на овощной основе, технология которых которые предусматривают отваривание и жарение, концентрация нитратов снижается на 35 – 40 %.
   – При квашении капусты содержание нитратов уменьшается в 2-3 раза, а при мариновании – в 3 раза.
   Заквашенную капусту употреблять лучше не раньше, чем через неделю, когда большая часть нитратов переходит в рассол.
   – Салаты следует готовить непосредственно перед их употреблением и съедать сразу.
4. Хранить овощи и плоды надо в холодильнике, т. к. при температуре +2°С невозможно превращение нитратов в более ядовитые вещества — нитриты.
5. Чтобы уменьшить содержание нитритов в организме человека, надо в достаточном количестве использовать в пищу продуктов с витамином С (аскорбиновую кислоту) и витамином Е, т. к. они снижают вредное воздействие нитратов и нитритов.

Физическое воздействие связано с изменением физических параметров среды температурных, энергетических, волновых и радиационных характеристик, оказывающих негативное воздействие на человека и окружающую среду.

Выделяют радиоактивное (превышение естественного уровня содержания радиоактивных веществ), радиационное (вызванное действиями ионизирующих излучений), световое (нарушение естественной освещенности местности в результате действия искусственных источников света), тепловое (повышение температуры среды в связи с выбросами и сбросами теплых газов и вод), шумовое (превышение естественного уровня шума и ненормальное изменение звуковых характеристик – периодичности, силы звука и т.д.), электромагнитное (изменение электромагнитных свойств среды вследствие работы техногенных систем), вибрационное (воздействие сложных колебательных процессов с широким диапазоном частот, возникающее в результате передачи переменного давления от какого-либо технического источника).

Биологическим загрязнением называется привнесение в окружающую среду и размножение в ней нежелательных для человека организмов, в том числе чуждых данным сообществам и устройствам. Выделяют собственно биологическое загрязнение, микробиологическое (привнесение в среду микроорганизмов) и биотическое (распространение определенных нежелательных биогенных веществ – выделений, мертвых тел и т.д.).

К видам негативного воздействия на окружающую среду относятся:

- выбросы в атмосферный воздух загрязняющих и иных веществ;

- сброс загрязняющих, иных веществ и микроорганизмов в поверхностные и подземные водные объекты и водосборные площади;

- загрязнение недр, почв;

- размещение отходов производства и потребления;

- загрязнение ОС шумом, теплом, электромагнитными, ионизирующими и другими видами физических воздействий;

- иные виды негативных воздействий.

Нормативы предельно допустимого вредного воздействия на состояние окружающей среды (ПДВ) служат основным инструментом при регулировании соблюдения нормативов качества окружающей среды

Нормативы допустимого воздействия применяются в целях предотвращения негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности человека на окружающую среду. Они включают:

1) нормативы допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов;

2) нормативы образования отходов производства и потребления и лимиты на их размещение;

3) нормативы допустимых физических воздействий (количество тепла, уровня шума, вибрации ионизирующего излучения, напряженности электромагнитных полей и иных физических воздействий);

4) нормативы допустимого изъятия компонентов природной среды;

5) нормативы допустимой антропогенной нагрузки на окружающую среду.

Эти нормативы определяют предельные размеры вредных воздействий на природу, устанавливаемые для отдельных источников таких воздействий. 

Как и проекты нормативов предельного использования (изъятия) природных ресурсов, проекты нормативов предельно допустимых вредных воздействий на состояние окружающей природной среды разрабатываются самими предприятиями-природопользователями.

Новой для российского экологического законодательства разновидностью нормативов вредного воздействия на окружающую среду являются предельно допустимые нормы применения агрохимикатов в сельском хозяйстве. Статья 30 Закона «Об охране окружающей природной среды» предусматривает, что предельно допустимые нормы применения минеральных удобрений, средств защиты растений, стимуляторов роста и других агрохимикатов в сельском хозяйстве устанавливаются в дозах, обеспечивающих соблюдение нормативов предельно допустимых остаточных количеств химических веществ в продуктах питания, охрану здоровья, сохранение генетического фонда человека, растительного и животного мира. Проекты таких норм разрабатываются и представляются в природоохранительные органы и органы Госсанэпиднадзора органами государственной агрохимической службы России.

С учетом социальных и экологических последствий радиационного загрязнения окружающей среды особое значение имеет оптимальное регулирование нормирования предельно допустимого уровня радиационного воздействия. В статье 29 Закона РСФР «Об охране окружающей природной среды» указывается, что нормативы предельно допустимого уровня безопасного содержания радиоактивных веществ в окружающей природной среде и продуктах питания, предельно допустимого уровня радиационного облучения населения устанавливаются в величинах, не представляющих опасности для здоровья и генетического фонда человека..

Нормирование в области обеспечения радиационной безопасности в форме гигиенических нормативов облучения регламентируется также в ст. 9 Федерального закона «О радиационной безопасности населения». Гигиенические нормативы в области обеспечения радиационной безопасности утверждаются федеральным органом исполнительной власти по санитарно-эпидемиологическому надзору.

 3. Виды антропогенного воздействия на отдельные экологические компоненты

Источники загрязнения окружающей природной среды классифицируются по следующим признакам: источники загрязнения атмосферы, источники загрязнения водного бассейна, источники загрязнения литосферы.

Источники загрязнения воздушного бассейна

1. По назначению: а) технологические, содержащие хвостовые газы после улавливания на установках, продувка аппаратов, воздушников и др. (для этих выбросов характерны высокие концентрации вредных веществ и сравнительно малые объемы удаляемого воздуха); б) вентиляционные выбросы — местные отсосы от оборудования и общеобменная вытяжка.

2. По месту расположения: а) незатененные, или высокие, находящиеся в зоне недеформированного ветрового потока (к этим источникам относятся высокие трубы, а также точечные источники, удаляющие загрязнение на высоту, превышающую высоту здания в 2,5 раза); б) затененные или низкие, расположенные на высоте в 2,5 раза меньше высоты здания; в) наземные, находящиеся вблизи земной поверхности (к этим источникам относятся — открыто расположенное технологическое оборудование, колодцы производственной канализации, пролитые токсичные вещества, разбросанные отходы производства).

3. По геометрической форме: а) точечные (трубы, шахты, крышные вентиляторы); б) линейные (аэрационные фонари, открытые окна, близко расположенные вытяжные шахты и факелы.)

4. По режиму работы: непрерывного и периодического действия, залповые и мгновенные. В случае залповых выбросов за короткий промежуток времени в воздух поступает большое количество вредных веществ. Залповые выбросы возможны при авариях и сжигании быстрогорящих отходов производства на специальных площадках уничтожения. При мгновенных выбросах загрязнения выбрасываются за доли секунды иногда на значительную высоту. Они происходят при взрывных работах и аварийных ситуациях.

5. По дальности распространения: а) внутриплощадочные, когда выбрасываемыми в атмосферу загрязнениями создаются высокие концентрации только на территории промышленной площадки, а в жилых районах ощутимых загрязнений не наблюдается (для таких выбросов предусматривается достаточных размеров санитарно—защитная зона); б) внеплощадочные, когда выбрасываемые в атмосферу загрязняющие вещества потенциально способны создавать высокие концентрации (порядка ПДК для воздуха населенных пунктов) на территории жилого района.

Источники загрязнения водного бассейна

1. Атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха поллютантов (загрязнителей) промышленного происхождения. При стекании по склонам атмосферные и талые воды дополнительно увлекают с собой массы веществ. Особенно опасны смоги на городских улицах, промышленных площадках, содержащие массы нефтепродуктов, мусора, фенолов и кислот.

2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты (поверхностно-активные моющие средства), микроорганизмы, в том числе патогенные.

3. Сельскохозяйственные воды. Загрязнение их обусловлено тем, что, во-первых, повышение урожайности и продуктивности земель неизбежно связано с применением ядохимикатов, используемых для подавления вредителей, болезней растений и сорняков. Эти ядохимикаты непосредственно попадают на поверхность почвы или смываются на большие расстояния, неизбежно попадая в водные объекты. Во-вторых, на животноводческих фермах образуются большие массы твердой органики и мочевины. Эти отходы не ядовиты, но их массы огромны и их наличие ведет к нарушениям водных экологических систем. Кроме того сточные сельскохозяйственные воды кроме органических веществ, содержат массу биогенных элементов, в том числе азота и фосфора.

4. Промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее активно потребляют воду черная и цветная металлургия, химическая, лесохимическая и нефтеперерабатывающая промышленности.

При технологических процессах в промышленности образуются следующие основные виды загрязненных сточных вод:

• реакционные воды, образующиеся в процессе реакции с выделением воды. Они загрязнены, как исходными веществами, так и продуктами реакции;

• воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах (свободная или связанная вода), в результате переработки загрязняются всевозможными веществами;

• промывные воды — воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования;

• водные экстрагенты и абсорберы;

• охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами и использующиеся при оборотном водоснабжении;

• бытовые воды — воды столовых, прачечных, душевых, туалетов и т.д.;

• атмосферные осадки, стекающие с территории предприятий, загрязненной различными химическими и взвешенными веществами (поверхностный сток).

Загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы. Это обусловлено тем, что процессы регенерации или самоочистки протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздушной. Источники загрязнения водоемов более разнообразны и менее предсказуемы. Естественные процессы, происходящие в водной среде и подвергающиеся действию загрязнений, более чувствительны сами по себе и имеют большее значение обеспечения жизни на земле, чем те которые протекают в атмосфере.

Источники загрязнения литосферы

1. Жилые дома и бытовые предприятия. Среди загрязняющих веществ преобладают бытовой мусор, пищевые отходы, фекалии, строительный мусор, отходы отопительных систем, пришедшие в негодность предметы домашнего обихода, а также мусор общественных учреждений, больниц, столовых, гостиниц, магазинов и др.

2. Сельское хозяйство. Удобрения, ядохимикаты применяемы в сельском и мясном хозяйстве для защиты растений от вредителей, болезней сорняков. Отходы животноводства и сельскохозяйственной продукции.

3. Теплоэнергетика. Помимо образования массы шламов при сжигании каменного угля выделяются в атмосферу сажа, несгоревшие частицы, оксиды серы, которые затем попадают в почву.

4. Транспорт. При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхность почвы или поглощаемые растениями. В последнем случае эти вещества так же оказываются в почве и вовлекаются в природные круговороты, связанные с пищевыми цепями.

5. Промышленные предприятия. В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют те или иные вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургической промышленности, как правило, содержатся соли цветных и тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выводит в окружающую среду цианиды, соединения мышьяка, бериллия. При производстве пластмасс и искусственных волокон образуются отходы бензола и фенола. К отходам целлюлозно-бумажной промышленности относятся фенолы, метанол, скипидар, кубовые остатки.

При этом практически не происходит самоочищение почв или происходит очень медленно. Токсичные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению химического состава, почв, нарушает единство геохимической среды и живых организмов. Из почвы токсичные вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать нежелательные последствия.