Промышленность и окружающая среда
Промышленность – главный загрязнитель окружающей среды, воздействующий на все сферы географической оболочки. Это объясняется тем, что промышленность в целом охватывает все стадии ресурсного цикла – и извлечение природного сырья, и его переработку, и получение конечного продукта, и возвращение в окружающую среду отходов производства, которые при современных технологиях обычно во много раз превосходят по объему полезно утилизируемые компоненты сырья.
По степени и характеру воздействия на окружающую среду отрасли промышленности различаются довольно существенно. Так, загрязнению атмосферы более всего способствуют теплоэнергетика, металлургия, коксохимия, нефтепереработка, производство цемента; загрязнению водной среды – химическая и нефтехимическая, деревообрабатывающая, металлургическая, угольная, мясо-молочная промышленность, нарушению и загрязнению земель – горнодобывающая промышленность, производство стройматериалов. Наряду с этим, как уже отмечалось, есть и такие «грязные» производства (энергетика, металлургия, основная и органическая химия, целлюлозно-бумажная промышленность, некоторые подотрасли пищевой промышленности), выбросы которых опасны для различных сфер географической оболочки, или, иными словами, для всего природного комплекса и соответственно для здоровья людей.
Энергетика принадлежит к числу отраслей, вызывающих загрязнение разных компонентов окружающей природной среды – и атмосферы, и гидросферы, и земельных угодий. Но при этом между отдельными ее подотраслями также есть существенные различия.
Наибольшие претензии в этом смысле можно предъявить к теплоэнергетике. Конденсационные тепловые электростанции, являющиеся основой электроэнергетики большинства стран и регионов мира, отрицательно воздействуют прежде всего на атмосферу. И это еще усугубляется тем, что КПД установок пока невысок и составляет 30–40 %.
В результате неполного сгорания органического топлива, окислительных процессов, содержания в топливе вредных примесей в атмосферу попадают оксид углерода (СО), диоксид углерода (С02), способствующие возникновению парникового эффекта, диоксид серы (S02) и оксиды азота, вызывающие кислотные дожди, другие соединения. Кроме того, при работе ТЭС образуется большое число аэрозолей, мелких частичек пыли. Можно добавить, что ТЭС и ТЭЦ приводят к сильному тепловому (термическому) загрязнению водоемов и водотоков, в которые сбрасывают подогретые воды, использованные для охлаждения агрегатов.
При этом все же многое зависит от топлива, на котором работают ТЭС. Наибольшую угрозу в этом смысле представляют собой ТЭС, работающие на угле, которые занимают первое место по размерам выбросов золы, пыли, СО, СО2, NOx и др. Подсчитано, что одна угольная ТЭС мощностью 1 млн кВт выбрасывает в атмосферу за год 1 млн т СО2, 100 тыс. т SO2, 30 тыс. т NOx, а с ее сточными водами ежегодно поступают в водоемы десятки тонн органики, серной кислоты, хлоридов, фосфатов и сотни тонн взвешенных частиц. Все эти выбросы очень опасны для здоровья людей: они приводят к болезням сердца, эмфиземе, хроническому бронхиту, могут вызывать и раковые заболевания. Если учесть, что подобная ТЭС работает несколько десятилетий, то ее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана с тем отличием, что выбросы ТЭС не единовременны, а постоянны. Станции, работающие на мазуте, дают меньше вредных выбросов, а работающие на природном газе – еще на порядок меньше.
Атомную энергетику еще недавно характеризовали как самую экологически чистую. Действительно, при нормальной работе АЭС вероятность опасного радиоактивного загрязнения окружающей среды сравнительно невелика. Американскими специалистами в 1970-х гг. были проведены расчеты, согласно которым эта опасность была оценена так: один раз в миллион лет! Однако действительность опровергла подобные расчеты, о чем свидетельствуют аварии на АЭС, имевшие место и в Великобритании, и в США, и в СССР, кульминацией которых стала катастрофа на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Она показала, к каким огромным материальным убыткам и к какой долговременной угрозе для здоровья населения может привести авария одного атомного реактора (который, впрочем, содержит в 1000 раз больше радиоактивного материала, чем атомная бомба, сброшенная в 1945 г. на Хиросиму).
Однако экологическую характеристику атомной энергетики было бы неправильно давать только на основе работы АЭС и даже случающихся на них время от времени нештатных ситуаций. При оценке ее возможных отрицательных воздействий на окружающую среду нужно учитывать все стадии ядерного топливного цикла (ЯТЦ), который включает добычу урановой руды и ее переработку в урановые концентраты; обогащение урана; изготовление тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов); выработку электрической и тепловой энергии на АЭС и АСТ (атомных станциях теплоснабжения); регенерацию отработанного ядерного топлива на радиохимических заводах; хранение, транспортирование и захоронение отходов; демонтаж атомных реакторов.
Опыт мировой атомной энергетики показывает, что при переработке ТВЭЛов образуется значительно больше жидких, твердых и газообразных радиоактивных отходов, чем непосредственно при работе АЭС. Еще более сложна проблема хранения, отработки и захоронения отходов – как слабо– и среднеактивных, так и в особенности высокоактивных. По оценке экспертов, к 2000 г. в мире уже накоплено более 200 тыс. т отработанного ядерного топлива (ОЯТ), которое представляет собой самый высокоактивный и опасный радиационный материал. С его утилизацией и регенерацией связано множество проблем. Неудивительно, что радиохимические заводы относят к числу наиболее экологически опасных.
Наконец, нельзя не учитывать и того, что АЭС рассчитаны примерно на 30 лет работы, после чего необходим их сложный и дорогостоящий демонтаж. Согласно данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), уже к 2000 г. нужно было вывести из эксплуатации более 60 действующих атомных реакторов на АЭС и 250 исследовательских реакторов. А до 2020 г. во всем мире предстоит снять с эксплуатации более 200 энергоблоков. Это значит, что придется захоранивать еще сотни тысяч тонн радиоактивных отходов. Следовательно, в перспективе спектр природоохранных проблем, связанных с атомной энергетикой, будет только расширяться.
Что касается гидроэлектростанций, то еще не так давно при их экологической характеристике акцент делали почти исключительно на словах «чистота» и «безвредность» (для окружающей среды). Действительно, в отличие от ТЭС и АЭС, ГЭС не загрязняют ни воздушный, ни водный бассейны. Однако сооружение их водохранилищ, особенно крупных, влечет за собой и некоторые негативные последствия. К ним относятся: затопление и изъятие из хозяйственного оборота земельных угодий; изменение гидрологического режима на прилегающих территориях, связанное в первую очередь с подъемом уровня грунтовых вод; изменение микроклимата; подтопление и разрушение берегов; активизация сейсмических явлений в горных районах. И это не говоря уже об опасности аварий на плотинах, которые вызывают залповые сбросы воды, и отрицательном влиянии плотин на рыбное хозяйство.
Наиболее яркий пример такого рода – создание крупных гидротехнических сооружений в бывшем СССР. Обычно с гордостью писали о том, что в стране создано более 4000 водохранилищ, что среди них 234 крупных, емкостью более 100 млн м3 каждое; в их числе самое крупное в мире долинное водохранилище – Братское, такие водохранилища, как Красноярское, Самарское, Рыбинское и др. Однако крупные водохранилища оказывают на окружающую среду и значительное отрицательное влияние. По данным А. Б. Авакяна, всего водохранилищами ГЭС в бывшем СССР было затоплено 8 млн га, в том числе 3 млн га сельскохозяйственных угодий, 3 млн га лесов и кустарников, 2 млн га прочих земель. Затоплению, подтоплению и переселению подверглись 160 городов, поселков городского типа и около 5000 сел и деревень. (Можно вспомнить повесть В. Распутина «Прощание с Матёрой».) Всего же из мест затопления пришлось переселить 1,1 млн человек, не считая тех, кто «добровольно» покинул родные места в результате ухудшения качества жизни. Сооружение плотин на равнинных реках приводит и к другим нарушениям экологического равновесия – способствует необратимым изменениям климата, почв, флоры и фауны, создает трудности для речного транспорта, лесосплава.
Горнодобывающая промышленность наиболее отрицательно воздействует на земельные (почвенные) ресурсы, да и шире – на литосферу. Но она влияет также на водную оболочку и атмосферу, а следовательно, на весь природный комплекс. Проявляется такое воздействие в разных формах: в нарушении земель в результате оседания поверхности; в загрязнении почв и горных пород, в изменении режима поверхностных и подземных вод и их химического состава; в запылении атмосферы.
При этом отдельные подотрасли горнодобывающей промышленности имеют свою специфику. Подземный (шахтный) способ добычи и скважинный способ с применением подземного выщелачивания в наибольшей мере сказываются на оседании земной поверхности, открытый (карьерный) способ ведет к изъятию земель и изменению водного режима, а также химического состава вод, к заболачиванию, образованию оползней, да и к загрязнению воздуха. Считается, что суммарный экологический ущерб от открытого способа добычи примерно в 10 раз больше, чем от подземного. К этому нужно добавить, что морская добыча нефти и газа на шельфе почти неизбежно приводит к загрязнению морских вод. За период эксплуатации одной буровой скважины в водную среду попадают десятки и даже сотни тонн нефти, буровых растворов и буровых выработок в виде песка, глины, других пород.
И все-таки наиболее велико воздействие горнодобывающей промышленности непосредственно на поверхность Земли, причем по двум направлениям. Во-первых, это изъятие из земной коры все больших объемов полезных ископаемых. Во-вторых, это возвращение в литосферу огромной, причем все время возрастающей массы твердых отходов, измеряемой уже десятками и сотнями миллионов тонн в год. В качестве конкретного примера такого рода нередко приводят о. Науру в Тихом океане. Здесь уже много десятилетий ведут добычу фосфоритов, в результате чего вся небольшая территория (20 км2) этого поистине «острова невезения» ныне занята карьерами и отвалами, так что пригодной для обитания человека остается только узкая прибрежная полоска земли.
Загрязнение окружающей среды связано и с обрабатывающей промышленностью. Она в основном воздействует на атмосферу и гидросферу. Это относится и к отраслям ее «нижних этажей» – черной и цветной металлургии, нефтеперерабатывающей, лесной, промышленности строительных материалов, и к отраслям «верхних этажей» – машиностроительной, химической и нефтехимической, пищевой промышленности. При этом каждая из них имеет свои особенности.
Черная металлургия – один из крупнейших загрязнителей окружающей среды твердыми, жидкими и газообразными отходами. При этом коксохимическое производство в наибольшей мере загрязняет воздушный бассейн сероуглеродом, углеводородами, цианидом, аммиаком, агломерационное – оксидом углерода и сернистым газом, доменное – пылевидными частицами, мартеновское – оксидами азота. Поэтому металлургические комбинаты полного цикла в районах своего размещения, как правило, выступают в роли главных загрязнителей атмосферы; примеры такого рода демонстрируют Россия, Украина, страны Западной Европы, Япония, Китай, Индия, США. Содержание канцерогенов в воздухе прилегающих к таким комбинатам районов обычно в семь-восемь раз выше, чем в удаленных от них. Сходное воздействие на окружающую среду оказывает и цветная металлургия. С той лишь разницей, что, перерабатывая гораздо более бедное сырье, она дает намного больше газообразных, жидких и твердых отходов из расчета на единицу продукции. Неудивительно, что места размещения крупных предприятий этой отрасли нередко являют собой зоны экологического бедствия.
Для химической промышленности характерно наибольшее разнообразие выбросов: сернокислотное производство «специализируется» на сернистом ангидриде, производство азотных удобрений – на оксидах азота, азотной кислоте, фосфорных – на фторе и его соединениях, производство соляной и серной кислот – на хлоре и его соединениях, производство продуктов органической химии – на углероде и его оксидах. С работой нефтеперегонных заводов связаны выбросы в атмосферу углеводородов, сернистых и азотистых соединений, фенолов.
Целлюлозно-бумажное производство прежде всего загрязняет водный бассейн своими сточными водами, которые содержат щелочи, кислоты, хлор, но и в воздух попадает сернистый ангидрид. Подсчитано, что целлюлозно-бумажный комбинат средней мощности выбрасывает в водоемы и водотоки не меньше вредных веществ, чем город с населением в 2,5 млн человек.
В машиностроительном производстве преобладают различные твердые отходы (металлы, пластмассы, древесина, картон, шлаки), но оно вносит свой вклад и в загрязнение водной среды сточными водами, а также в шумовое загрязнение. Промышленность строительных материалов, в особенности цементная, дает половину всех выбросов в атмосферу пыли и взвешенных частиц, а предприятия пищевой промышленности сбрасывают сточные воды, содержащие различные органические вещества.
Меры по охране окружающей среды от промышленных загрязнений можно подразделить на несколько групп. Во-первых, это меры по мониторингу, контролю за предельно допустимыми выбросами (ПДВ). Во-вторых, это меры по совершенствованию различного рода очистных сооружений, по переработке отходов, по рекультивации земель и т. п. В-третьих, это меры, связанные с радикальным усовершенствованием технологических процессов промышленного производства, направленные на сбережение топлива, сырья и воды и уменьшение вредных выбросов (бездоменная металлургия, оборотное водоснабжение и др.). В-четвертых, это организационно-структурные меры, например, постепенное сворачивание наиболее «грязной» угольной промышленности, предпринимаемое в ФРГ, во Франции, в Великобритании, а в перспективе также переход на использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии. В-пятых, это более рациональное размещение загрязняющих окружающую среду предприятий (например, вывод их из крупных городов и густонаселенных районов). В географической литературе осуществление подобных мер все чаще стали именовать экологизацией промышленного производства. А при оценке размещения предприятий наряду с трудовым, сырьевым, энергетическим, потребительским, транспортным и другими факторами все чаще стали учитывать и экологический фактор, связанный с учетом и прогнозом взаимоотношений между промышленным объектом и окружающей его средой.
Для России проблема «промышленность – окружающая среда» имеет особенно большое значение. Это объясняется преобладанием в структуре ее промышленности «грязных» производств, доставшейся в наследство от СССР гигантоманией, особенностями территориальной структуры промышленного производства. Отсюда вытекает задача рационализации теплоэнергетики, которая дает более 1/4 всех выбросов в атмосферу, и гидроэнергетики, основу которой составляют 40 ГЭС единичной мощностью более 100 тыс. кВт каждая. То же относится и к атомной энергетике – особенно с учетом размещения ее в густонаселенных районах, а также того, что уже к началу XXI в. закончился проектный срок эксплуатации ряда реакторов. Это же можно сказать и о горнодобывающей промышленности – ведь в стране отвалами разного рода уже занято 1,5 тыс. км2 земель. И об обрабатывающей промышленности, на долю которой приходится основная часть выбросов в атмосферу и сточных вод. И все это – на фоне отставания технологий и не самого рационального размещения многих экологически опасных предприятий.