Доп.) § 74. очистные сооружения
Абсолютно вредных веществ нет. Любое загрязняющее вещество в невысокой дозе практически безвредно. Такие обычные загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу промышленностью, как оксиды углерода, серы и азота, в невысоких концентрациях всегда присутствовали в ней. В воде и почве всегда есть тяжелые металлы. Любая почва или горная порода обладают естественной радиоактивностью. Даже при отсутствии поблизости (или вдали, ведь газообразные выбросы переносятся на тысячи километров) предприятий, выбрасывающих в атмосферу азот, некоторое его количество содержится в дождевой воде. Он появляется в результате грозовых разрядов, при которых образуется аммиак.
Очистка атмосферы, воды или почвы от загрязняющих веществ – это снижение их концентрации до величин, при которых они становятся безвредными. Такие пороговые величины называются ПДК – предельно допустимые концентрации. Для действенного контроля загрязнения атмосферы, воды или продуктов питания необходимо знать ПДК всех основных загрязнителей.
Таблицы ПДК входят в систему периодически обновляемых государственных стандартов, различных в разных странах, но всегда обязательных, что подкреплено специальными законами. В эти таблицы включают пороговые значения для сотен загрязняющих веществ. В России для наиболее распространенных загрязнителей атмосферы приняты следующие ПДК: в 1 м3 воздуха должно быть не более 0,15 мг пыли, 0,05 мг оксида серы, 3 мг оксида углерода, 0,04 мг диоксида азота.
Если в среду одновременно поступает несколько загрязняющих веществ, то ПДК определяют по специальным формулам, позволяющим оценить индекс загрязнения атмосферы (ИЗА).
Для каждого источника загрязнения устанавливают ПДВ – предельно допустимый выброс за единицу времени, при котором концентрация загрязняющего вещества в атмосфере или в воде не будет превышать ПДК.
Все предприятия делятся на 5 групп (классов опасности) в зависимости от вредности выбрасываемых веществ и степени их возможной очистки. У каждой из этих групп своя ширина санитарно-защитной зоны вокруг предприятия, где запрещается строительство (обычно в этой зоне размещают насаждения из деревьев, устойчивых к загрязнению), – от 1000 м (1-й класс опасности) до 50 м (5-й класс).
Для очистки жидких стоков и газообразных выбросов используют специальные системы очистных сооружений.
Загрязняющие вещества, после их извлечения из сточных вод, поступают на повторную переработку или временное захоронение. Очистка производится несколькими способами, которые последовательно сменяют друг друга. Для каждого предприятия, в зависимости от особенностей его отходов, проектируются свои очистные сооружения. Чаще всего используют следующие приемы очистки.
Механическая очистка. Жидкие стоки отстаивают, при этом оседают твердые частицы. Кроме того, применяют песчаные и песчано-гравийные фильтры, задерживающие более легкие взвешенные частицы, не осевшие в отстойниках. В некоторых случаях применяют и центрифугирование, при котором загрязняющие вещества извлекаются в гигантских сепараторах. Механически отделяют нефтепродукты, которые всплывают на поверхность в отстойнике. Для очистки газовых выбросов предприятия используют специальные пылеосадочные камеры и центрифуги (циклоны), матерчатые фильтры.
Химическая очистка. На стоки воздействуют химическими веществами, переводя растворимые соединения в нерастворимые. Так, от кислот очищают добавлением щелочи, а от щелочей, наоборот, добавлением кислот.
Установки для очистки газообразных выбросов очень дороги. Для того чтобы уменьшить выбросы оксида серы и сероводорода, применяют «щелочной дождь», через который пропускают насыщенные газами выбросы, в результате получают соль и воду. В качестве поглотителей-фильтров используют также специальные адсорбенты, например, активированный уголь.
Физико-химическая очистка. При этой очистке электролизом превращают сложные соединения в более простые и извлекают металлы, кислоты и другие неорганические соединения. Для выделения наиболее опасных или ценных загрязняющих веществ, которые используют для дальнейшей переработки, применяют ионообменные смолы, которые химически связывают эти вещества.
Применяют также огневые методы очистки: распыленные стоки впрыскивают в пламя больших горелок. Этот способ дорог, но позволяет «расколоть» даже ядовитые соединения, не поддающиеся прочим химическим или биологическим способам очистки. Например, огневым методом разлагают диоксины – очень ядовитые вещества, которыми загрязнены воды и почвы в некоторых городах России. Огневой метод применяют и при переработке бытовых отходов.
Биологическая очистка. В специально созданных экосистемах загрязняющие вещества разрушаются или концентрируются микроорганизмами и мелкими животными. Организмы могут накапливать и осаждать тяжелые металлы и радиоактивные изотопы (особенно успешно это делают диатомовые водоросли).
Методы биологической очистки исключительно важны, так как значительная часть загрязняющих веществ, которую не удается ни отфильтровать, ни извлечь электролизом, – это растворенные в воде органические вещества.
Биологическую очистку осуществляют в специальных емкостях – открытых бассейнах аэротенках и закрытых метантенках.
Бактерии-аммонификаторы в аэротенках разлагают белки до аммония, а бактерии-нитрификаторы окисляют аммоний до нитратов и нитритов. Для уменьшения площади очистных сооружений применяют активный ил – насыщенный микроорганизмами (бактериями, водорослями, грибами, простейшими) слой наполняющих материалов (щебень, песок, шлак, пластмасса) на дне очистного водоема, через который постоянно продувают воздух, что ускоряет процессы биологической очистки.
Метантенки – это большие емкости из бетона или чугуна, очистка в них идет в анаэробной среде. В метантенках метанообразующие бактерии разлагают органические вещества. В результате кроме очищенной воды получается биогаз, который можно использовать для отопления. Метантенки используют и для обеззараживания навоза на животноводческих фермах. Хорошо очищают воду от многих загрязняющих веществ природный активный ил под зарослями высокорослых водных растений – камыша, тростника, рогоза и т.п. в канавах и прудах.
Однако живущие в природе бактерии не могут разлагать некоторые загрязняющие вещества (в том числе и пестициды), и потому селекционеры-микробиологи выводят специальные штаммы бактерий. Эти бактерии способны разрушать многие органические соединения, и среди них, как низкомолекулярные ароматические углеводороды, так и высокомолекулярные соединения – органические полимеры. Ученые вывели штамм гриба, который может разлагать полиэтиленовую пленку. Получены микроорганизмы, способные очистить поверхность воды от нефтяного загрязнения и даже разрушить попавший в почву гербицид 2,4-Д.
Доочистку стоков можно проводить на полях орошения, где ими поливают и удобряют почву. Состав стоков контролируют, чтобы в них не было высоких концентраций тяжелых металлов и болезнетворных бактерий. На таких полях нельзя выращивать овощи, используемые в пищу в сыром виде: капусту на салат, петрушку или овощи-корнеплоды (морковь, свеклу) и клубнеплоды (картофель). Там можно выращивать капусту для приготовления горячих блюд или засолки, а лучше всего – многолетние травы.
Контрольные вопросы
1. Какие методы применяют при очистке загрязненных вод?
2. Какие методы используют для очистки газовых выбросов?
3. В чем суть методов биологической очистки?
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Промышленные экосистемы расположены либо в городах, либо за их пределами (предприятия горнодобывающей промышленности, электростанции, хранилища отходов и др.). Роль живых организмов в жизни этих экосистем еще меньше, чем в городских.
Задачи уменьшения влияния промышленных экосистем на окружающую среду – в основном технологические: модернизация производства с уменьшением расхода ресурсов вещества и энергии, снижением количества выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду (атмосферу, воду, на поверхность почвы), создание очистных сооружений. Некоторую роль при этом могут играть зеленые насаждения, которые выполняют роль фильтров, очищающих воздух от загрязнения.
Загрязняющие вещества, которые «производятся» промышленными предприятиями, очень разнообразны и разделяются по степени опасности на четыре класса. Нет веществ, которые были бы абсолютно вредными, все они при низких концентрациях не представляют опасности. Поэтому для контроля за содержанием загрязняющих веществ в средах жизни (атмосфере, воде, почве), а также в продуктах питания разработана система экологических нормативов, которые определяют предельно допустимую концентрацию этих веществ (ПДК).
На крупных предприятиях работают специальные комплексы для очистки стоков – очистные сооружения, в которых используются физические, физико-химические, химические и биологические методы очистки. В большинстве случаев в результате очистки остается некоторое количество особо опасных отходов, которые приходится помещать в специальные хранилища, удаленные от поселений человека и находящиеся под постоянным наблюдением.
Индивидуальное задание
Темы рефератов:
1. «Завяжи трубу узлом» (опыт внедрения малоотходных экологически безопасных технологий в промышленности).
2. Завод, рядом с которым я живу: влияние на окружающую среду.
Чтобы написать эти рефераты, нужно обратиться в дирекцию предприятия и попросить предоставить данные о динамике загрязнения окружающей среды за последние 5 лет. Познакомьтесь с планом экологизации производства, дайте ему критическую оценку и предложите свой вариант уменьшения влияния предприятия на окружающую среду.
Для работы над рефератом используйте следующую литературу:
Мазур И.И., Молдаванов О.И. Шанс на выживание. Экология и научно-технический прогресс. М.: Наука, 1992.
В книге дан анализ развития энергетики, ресурсосбережения и проблемы отходов промышленности. Книга обобщает много фактических данных, она особенно полезна при подготовке рефератов по промышленной экологии.
Иванов О.В., Мельник Л.Г., Шепеленко Л.Н. В борьбе с драконом «Когай»: опыт природопользования в Японии. М.: Мысль, 1991.
Эта книга – рассказ о том, как японцы смогли очистить свою густонаселенную и насыщенную промышленностью территорию от промышленного загрязнения.
Полезны будут также экологические словари П.Ф. Реймерса «Природопользование: Словарь-справочник» (М.: Мысль, 1990) и «Охрана природы и окружающей человека среды: Словарь-справочник» (М.: Просвещение, 1992), Б.М. Миркина и Л.Г. Наумовой «Популярный экологический словарь» (М.: Устойчивый мир, 1999) и справочник «Окружающая среда. Энциклопедический словарь-справочник» (М.: Прогресс, 1993).
Глава 14. ОХРАНА ПРИРОДЫ
Вы познакомились с принципами рационального природопользования под девизом: «Используй, охраняя, и охраняй, используя». И узнали, что:
можно получать древесину, заготавливать лекарственные травы и ягоды в лесу, охотиться на лосей и при этом не нарушать экологического равновесия;
получение высоких урожая зерна, надоев, привесов или настрига шерсти сельскохозяйственных животных может сочетаться с сохранением плодородия почв, продуктивности и видового богатства сенокосов и пастбищ, чистоты атмосферы и воды;
даже самые крупные городские и промышленные экосистемы можно сделать менее опасными для природы, если использовать малоотходные технологии и надежные очистные сооружения и хранилища отходов.
И все же, для решения задачи охраны биологического разнообразия одного рационального природопользования недостаточно и кроме рационального природопользования необходима еще и специальная охрана биологического разнообразия.
УРОВНИ ОХРАНЫ ПРИРОДЫ
Различают два уровня охраны живой природы: популяционно-видовой и экосистемный.
На популяционно-видовом уровне объектами охраны являются конкретные виды животных и растений, представленные популяциями. Охраняя популяции, мы охраняем эти виды.
Для того чтобы организовать охрану флоры и фауны, выявляют объекты охраны и создают «Красные книги», содержащие списки и характеристики видов, которым угрожает исчезновение (их называют угрожаемыми). «Красная книга РСФСР: растения» была издана в 1988 г. «Красная книга РСФСР: животные» – в 1985 г. В них было включено, соответственно, 533 и 247 видов растений и животных. Созданы «Красные книги» и для многих республик и областей России.
Охрану биологического разнообразия в экосистемах на популяционно-видовом уровне осуществляют, запрещая сбор отдельных красиво цветущих растений (представителей орхидных –венерин башмачок, любка двулистная; лилейных – лилии кудреватая и тигровая, рябчик; и др.) и заготовку тех видов лекарственных трав, популяции которых уже ослаблены интенсивной эксплуатацией (во многих районах запрещен сбор валерианы лекарственной, цмина песчаного). Запрещают также охоту на редких видов птиц (журавли, лебеди, дрофа, стрепет и др.) и млекопитающих (косуля, уссурийский тигр, выхухоль), отлов определенных видов рыб (осетровых: стерляди и осетра, форели и др.), редких видов бабочек и жуков. (Рис. 100.)
Успешность охраны флоры и фауны на популяционно-видовом уровне зависит от многих факторов. Вы уже знаете, что причиной ослабления и даже уничтожения популяций могут быть чрезмерная добыча, разрушение местообитаний, вселение новых видов-конкурентов, вытесняющих охраняемый вид, загрязнение и т.д. Кроме того, любой вид связан с другими организмами и, например, чтобы сохранить популяцию крупного хищника, нужно позаботиться о популяциях его жертв и условиях для их нормальной жизни. Поэтому охрана вида, стоящего на вершине пищевой цепи, в природе перерастет в охрану всей экосистемы, в которой он обитает. Охрана экосистем – это самый надежный способ сохранения биологического разнообразия.
Используют некоторые специальные формы сохранения угрожаемых видов, например, разведение видов под контролем человека, создание генных банков.
Разведение видов под контролем человека. Животных разводят в зоопарках, растения – в ботанических садах. Существуют и специальные центры размножения редких видов – Окский государственный журавлиный питомник, Приокско-Террасный зубровый питомник и др. На многочисленных рыбозаводах разводят рыб редких видов, молодь которых выпускают в реки и озера. В Швеции, ФРГ, Австрии, Франции после разведения в неволе в леса интродуцирована рысь. Сохранению видов способствует и деятельность любителей-садоводов, содержателей аквариумов.
Создание генных банков. В банках могут храниться как семена растений, так и замороженные культуры тканей или половые клетки (чаще сохраняют замороженную сперму), из которых можно получить животных или растения. Созданная Н.И. Вавиловым коллекция семян культурных растений продолжает пополняться. Сейчас Национальное хранилище мировых растительных ресурсов расположено в Кубанской станции бывшего Всесоюзного института растениеводства им. Н.И. Вавилова. Там в 24 комнатах, расположенных под землей, при постоянной температуре +4,5°С сохраняется 400 тысяч образцов семян.
Первые банки замороженных клеток исчезающих видов животных созданы в ряде научных центров мира (в том числе и в Пущино-на-Оке).
В связи с охраной таких животных, как тигр и зубр, когда поголовье остается относительно небольшим, экологам приходится решать очень трудный вопрос о минимально необходимом числе животных в популяции, которое гарантирует ее выживание. Несмотря на то, что этому вопросу посвящено много исследований, точно определить этот гарантированный минимум трудно (хотя известно, что чем животное или растение мельче, тем больше особей нужно для сохранения популяции). Все зависит от фактора риска. Если произойдет серьезный катаклизм, то исчезнут популяции любой плотности в зоне действия фактора разрушения. В то же время в зоопарках и центрах по воспроизведению исчезающих видов удается поддерживать популяцию из небольшого числа особей без опасения потерять ее.
Условия для сохранения популяций редких видов очень разнообразны, их трудно воспроизвести. Так, насекомоопыляемые растения не могут существовать без опылителей, хищные птицы и крупные млекопитающие – без мелких млекопитающих. Поэтому наиболее надежный способ охраны популяций – их охрана как частей целых экосистем, в которых поддерживается экологическое равновесие. Для этого создают особо охраняемые природные территории (ООПТ) разных типов.
Контрольные вопросы
1. Какие уровни охраны живой природы вы знаете?
2. Как охраняют отдельные виды?
3. Что такое «Красная книга»?
Справочный материал
В настоящее время список редких видов животных России значительно возрос, в него включено 415 видов, подвидов и популяций, в том числе беспозвоночных – 155, рыб – 39, амфибий – 8, рептилий – 21, птиц – 123, млекопитающих – 65. В составе списка редких видов растений – 440 цветковых, 11 голосеменных, 10 папоротников, 22 моховидных, 4 плауновидных, 29 лишайников и 17 грибов.
В течение ста лет – с 1850 г. по 1950 г. каждые десять лет исчезал один вид растений. В наше время мы теряем по одному виду в день. Если этот процесс не удастся остановить, то с 2000 г. каждый час будет исчезать по одному виду.
Наиболее трагические события происходят сейчас в тропических широтах. Под натиском плантаций приносящих высокие доходы тропических культур (гевеи, кокосовой пальмы, ананасов, кофейного и шоколадного деревьев) площади экваториальных (в англоязычной литературе их неточно называют «тропическими дождевыми») лесов стремительно сокращаются. Каждую минуту исчезает 23 га леса, каждый день в «черную дыру небытия» проваливается 3 биологических вида. Лишенные леса почвы размываются дождями и превращаются в глинистые пустыни. Вредит этим лесам и неблагоприятная демографическая ситуация. Сотни миллионов африканцев продолжают заниматься подсечным земледелием: вырубают участки леса, а через несколько лет эти участки забрасывают. «Легкие» планеты – тропические леса – в опасности.
Первая «Красная книга» появилась в 1966 г. Организатором ее создания был Международный союз по охране природы и природных ресурсов (МСОП). Он выпустил 5 томов с перечнем видов, которым угрожает исчезновение. Каждому виду был выделен отдельный лист, причем книга была напечатана на бумаге красного цвета – цвета предостережения. Кроме того, тома были изготовлены так, что можно было изымать листы с описанием видов, которые уже достаточно обеспечены охраной, и, напротив, добавлять новые посвященные иным видам, которым угрожает уничтожение. В конце 80-х гг. в этом печальном списке значилось 768 видов позвоночных животных, в том числе 246 вида млекопитающих и столько же видов птиц, а также 250 видов растений. Из числа животных в Красную книгу были занесены лемуры, орангутан, горилла, морские черепахи и множество других животных.
После этого во всем мире стали издавать подобные перечни исчезающих видов, хотя бумага для них теперь используется обычная и красным бывает только переплет.
В ряде стран созданы «центры реабилитации» для оказания помощи раненым и больным животным. Во Франции существует более 20 таких центров. После излечения большинство животных отпускают, но некоторых приходится оставлять в неволе в связи с невозможностью самостоятельно выжить в природе.
В России восстановлены многие популяции бобра, который в послереволюционные годы был почти полностью истреблен в результате хищнической охоты, а затем долгие годы страдал от гидромелиорации, разрушавшей его местообитания. Сейчас насчитывается 150 тыс. бобров и их количество продолжает увеличиваться. Менее опасным стало и положение зубра, серого кита, дальневосточного моржа.
После создания Астраханского государственного заповедника площадь «лотосовых полей» (так называют прогалины среди высоких зарослей тростника, где при глубине воды около метра особенно хорошо растет лотос орехоносный, полностью покрывающий крупными листьями и цветками водную поверхность) возросла в 8–10 раз.
Браконьерская охота поставила на грань исчезновения тигров, горилл, слонов и многих других животных, которых добывают из-за шкур, бивней и т.д. Для их защиты в 1973 г. была принята специальная Вашингтонская конвенция по ограничению торговли редкими и исчезающими видами растений и животных и продуктами, изготовленными из них. Но браконьеры находят любые лазейки, чтобы продолжать свой преступный промысел.
Разрабатывают нетривиальные способы борьбы с браконьерством. Так, в Индии в рога носорогов вживляют микрочипы (миниатюрные радиопередатчики), которые обнаруживаются таможенниками и позволяют установить, где добыто животное. В Намибии для защиты от браконьерства предпринят опыт спиливания рогов у носорогов. Рога были проданы государством и деньги использованы для охраны территорий, где обитают носороги. «Обезроживание» не наносило животным ущерба, они «обзаводились семьей» и давали потомство.
Для сохранения индийского подвида тигра Всемирный фонд дикой природы МСОП разработал проект «Тигр», который поддержали правительства Индии, Непала, Бангладеш. За первые 5 лет реализации проекта были организованы новые и расширены существовавшие ранее заповедники, переселены жители больше 30 деревень. В результате только в Индии поголовье тигра увеличилось с 268 до 749.
Одно из самых заметных достижений в деле охраны дикой природы – восстановление популяций зубра. Это крупное животное, некогда обычное в лесах европейской части России, в Польше, Беларуси и Литве, а также на Кавказе и в Карпатах, в начале столетия было практически уничтожено. К счастью, зубр сохранился в зоопарках Европы, откуда его повторно расселили в Беловежской пуще, на Кавказе, Карпатах, а в последние годы – и в лесах Литвы. В настоящее время зубр уже способен жить в дикой природе, но только при заповедном режиме. Задача восстановления в природе зубра как биологического вида будет решена, когда его численность достигнет двух тысяч голов (в начале 90-х годов поголовье зубров было близко к этой цифре).
Большого успеха в охране фауны лесов достигла Финляндия. С 1987 г. количество медведей удвоилось, количество рысей возросло в 8 раз, а численность редкого зверя россомахи возросла с 40 до 100 особей.
В мире существует более 30 международных организаций, координирующих исследования и практические шаги разных стран в охране и рациональном использовании природных ресурсов. Наиболее серьезные программы осуществляет специальная Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО, United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization). Так, по инициативе ЮНЕСКО создан МСОП – Международный союз охраны природы и природных ресурсов, со штаб-квартирой в г. Глан (Швейцария). МСОП издает международные «Красные книги». ЮНЕСКО организованы исследования по международной программе «Человек и биосфера», в которой принимают участие 90 стран.