Тема I. ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ
Лекция 1. ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПРИНЦИПЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ (ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА БИОСФЕРЫ)
1.1. Экология и другие классификационные структуры
Интенсивное развитие хозяйственной деятельности людей (потребности - производство - потребление), деградация природных экосистем, аварии и катастрофы на промышленных и оборонных объектах явились разрушительным воздействием на окружающую среду и привели природу к состоянию кризиса, грозящего экологической катастрофой (с вытекающими последствиями для здоровья населения).
Поэтому перед человечеством встала задача рационального природопользования в сочетании с эффективным снижением отрицательного воздействия промышленного производства на окружающую природную среду (биосферу).
Биосфера - это оболочка Земли, обусловленная прошлой или современной деятельностью живых организмов. По определению академика В.И. Вернадского, биосфера - часть Земного шара, в пределах которой существует жизнь. Биосфера охватывает часть
атмосферы (примерно до озонового слоя), верхнюю часть
литосферы, так называемую кору выветривания (2-3 км в глубь Земли) и
гидросферу. Биосфера сформировалась на нашей планете около 4 млрд лет назад. Венцом развития биосферы явился человек (эволюция: мускульная - паровая - электрическая - атомная энергия). На Земле появились созданные человеком заводы, фабрики, транспортные системы, объекты ядерной техники. Весь этот искусственно созданный технический мир назвали
техносферой.
Технический мир находится в явном противоречии с законами жизни на Земле (и естественными экологическими системами) - идет объективное разрушение окружающей среды. С другой стороны, диалектика взаимодействия общества и природы ставит задачу лишь о различной глубине этих противоречий и о разных возможностях (путях) их разрешения. Таким образом, рождается ряд вопросов, связанных с
качеством окружающей среды и жизни человека.
Вся эта область задач и вопросов является предметом
экологии. Термин «экология» (греч. корни:
oikos - жилище, местопребывание, дом;
logos - учение, наука) предложил в 1866 г. немецкий биолог Э. Геккель.
Экология - наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой обитания. Современная экология изучает также взаимодействие человека и биосферы, общественного производства с окружающей его природной средой и другие проблемы [1]. В настоящее время экология является
научной базой для развития прикладной экологии: охраны окружающей среды (или охраны природы), защиты биосферы, инженерной экологии, промышленной экологии, экологической безопасности и других самостоятельных подразделений, составляющих многоплановую дисциплину экологии.
К этому комплексу относятся законодательные, организационные, санитарно-гигиенические, инженерно-технические и другие мероприятия, предупреждающие или снижающие вредное воздействие результатов деятельности человека на биологические системы.
Наряду с проблемами теоретической экологии большую актуальность приобрели проблемы ее прикладных ответвлений, связанных с решением задач по идентификации и оценке опасностей антропогенных воздействий, защите окружающей среды и обеспечению высокого уровня жизни людей. К числу такого рода проблем относится вопрос экологической безопасности, формирования, прогнозирования антропогенных загрязнений и химического мониторинга.
Понятия экологическая обстановка, экологическая опасность (безопасность) и ресурсосбережение в настоящее время широко применяются при рассмотрении многих экологических проблем, особенно прикладного характера [2]. Большое распространение находят такие понятия, как химическая обстановка, химическая опасность (безопасность), радиационная обстановка, допустимые уровни шума, электромагнитных излучений и другие, относящиеся к частным областям взаимодействия природы с живыми организмами.
Например,
экологическая безопасность трактуется как любая деятельность человека, исключающая вредное воздействие на окружающую среду [3]. Под экологической безопасностью понимают также положение, при котором путем правового нормирования, выполнения экологических, приро- дозащитных и инженерно-технических требований достигается предотвращение или ограничение опасных для жизни и здоровья людей, разрушительных для народного хозяйства и окружающей среды последствий экологических катастроф [4].
Понятие
окружающая среда трактуется как совокупность всех материальных тел, сил и явлений природы, ее вещество и пространство, любая деятельность человека. Окружающая среда - это совокупность абиотической (компоненты и явления неживой, неорганической природы: климат, свет, химические элементы и вещества, температура), биотической (факторы взаимодействия особей и видов между собой: конкуренция, паразитизм и др.) и социальной среды, совместно оказывающих влияние на человека и его деятельность.
Понятие
природная среда является более узким. Оно включает в себя совокупность объектов и условий природы, в которых протекает деятельность какого-либо субъекта [5].
К факторам, проявляющимся в результате деятельности человека, относятся антропогенное и техногенное воздействие на природную среду.
Под
антропогенным воздействием имеется в виду любой вид хозяйственной деятельности в его отношении к природе.
Техногенное воздействие понимается несколько уже - это целенаправленный процесс технической (в том числе геологической) деятельности человека в биосфере и околоземном пространстве.
В зависимости от вида антропогенного воздействия (рис. 1.1.) понятие экологическая безопасность может трансформироваться в широко применяемое на практике понятие химической безопасности.
Рис. 1.1. Схема форм загрязнения (загрязнений)
Химическая безопасность - это 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 [6].
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.
Экологическое обеспечение - это комплекс мероприятий организационно-технического, социально-экономического, правового регулирования и других, направленных на сохранение и восстановление качества природной среды, а также обеспечение высокого уровня жизни людей в процессе функционирования народно-хозяйственных, культурно-бытовых и других объектов и структур.
Экологизация - процесс неуклонного и последовательного внедрения систем технологических, управленческих и других решений, позволяющих повышать эффективность использования естественных ресурсов и условий наряду с улучшением или хотя бы сохранением качества природной среды на локальном, региональном и глобальном уровнях [2].
Экологизация технологий (производств) - мероприятия по предотвращению отрицательного воздействия производственных процессов на природную среду. Осуществляется путем разработки малоотходных (ресурсосберегающих) технологий, аппаратов и оборудования, дающих на выходе минимум вредных выбросов (см. рис. 4.2).
Экологизированные технологии - производственные процессы и производства, которые не нарушают естественные круговороты в природе, сводят до минимума поступление загрязняющих веществ в биосферу и гармонично вписываются в природные условия [2].
В их основу должны быть положены следующие принципы:
Пространственная компактность: каждое предприятие должно занимать минимально разумную территорию, а его цеха и отделы - работать по принципу: создание экологически чистой продукции ее сбыт возврат отходов в производство.
Малоотходность (теоретически безотходность) технологий и производств.
Замкнутость производственных циклов, что позволяет сохранить в чистоте природную среду и уменьшить потребление природных ресурсов.
Возможность вторичной переработки (рекуперации) отходов до такой степени, чтобы сделать их допустимыми для разложения и включения в естественные круговороты.
Теперь, опираясь на основные понятия экологии и ее прикладных ответвлений, можно рассматривать и устанавливать главные способы (методы) разрешения конфликта человека с природой, сохранение высокого качества окружающей среды и здоровья населения.
Комплексное решение данной задачи возможно лишь при владении специалистом того или иного производства знаниями в области экологии, позволяющими ему оценивать свои технологии с позиций охраны окружающей среды, то есть обладать экологическим мышлением. Мы должны перейти в новое состояние, имя которому
ноосфера, то есть сфера разума (В.И. Вернадский, 1920). У человечества нет иного выбора.
Ноосфера - сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная деятельность человека становится определяющим фактором.
Триада «биосфера - техносфера - ноосфера» - это системное образование современности, обладающее внутренним единством и логикой развития. Логической основой этого образования являются следующие практические разделы экологии как науки.
Прикладная экология - дисциплина, изучающая механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывающая принципы рационального использования природных ресурсов без деградации среды жизни [1, 2].
Инженерная экология - дисциплина, изучающая общие и локальные закономерности формирования техносферы и способы управления ею в целях защиты и безопасности природной среды [2], или система инженерно-технических мероприятий, направленных на сохранение качества среды в условиях растущего промышленного производства [7].
Промышленная экология - дисциплина, рассматривающая воздействие промышленности - от отдельных предприятий до техносферы - на природу и, наоборот, - влияние условий природной среды на функционирование предприятий и их комплексов [8].
Фактически, исходя из вышеупомянутых определений, существуют две группы задач охраны окружающей природной среды (ООПС): экологические и инженерные, причем первые могут решаться с помощью вторых.
1.2. Экологизированные (ресурсосберегающие) технологии
Малоотходные (безотходные) технологии и замкнутые циклы - одна из самых радикальных мер защиты окружающей среды от загрязнений. Ниже сформулированы четыре основных направления их развития (в соответствии с Декларацией о малоотходной и безотходной технологии и использовании отходов - Женева, 1979 г.):
Создание бессточных технологических систем различного назначения на базе существующих и перспективных методов очистки и повторно-последовательного использования нормативно очищенных стоков.
Разработка и внедрение систем переработки промышленных и бытовых отходов, которые рассматриваются при этом как вторичные материальные ресурсы (BMP).
Разработка технологических процессов получения традиционных видов продукции принципиально новыми методами, при которых достигается максимально возможный перенос вещества и энергии на готовую продукцию.
Разработка и создание территориально-промышленных комплексов (ТПК) с возможно более полной замкнутой структурой материальных потоков и отходов производства внутри них.
Безотходная технология - экологическая стратегия промышленного производства, включающая комплекс мероприятий, обеспечивающих минимальные потери природных ресурсов при максимальной экономической эффективности [9].
Критерием безотходной технологии является такое комплексное использование сырья и энергии, при котором процесс производства продукции не сопровождается загрязнением окружающей среды. При этом техногенный круговорот сырья, продукции и отходов предопределяют замкнутость производственного цикла, что по существу и составляет основу безотходной технологии. Принцип безотходной технологии затрагивает все звенья производственной деятельности: разработку новых технологических рецептов, аппаратурного оформления, экономических, экологических мероприятий и т.д. По официальному определению (Международный семинар по малоотходной технологии, Ташкент, 1984), «безотходная технология - это такой способ осуществления производства продукции, при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия
в цикле:
сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные ресурсы, таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования».
К концепции безотходной технологии существует два подхода. Один из них основан на законе сохранения вещества, в соответствии с которым сырье (материя) всегда может быть преобразовано в ту или иную продукцию. Следовательно, можно создать такой технологический цикл, в котором все экологически опасные вещества будут преобразовываться в безопасный продукт или исходное сырье. Согласно другому подходу, полностью безотходную технологию нельзя создать ни практически, ни теоретически (подобно тому, как энергию нельзя полностью перевести в полезную работу в соответствии со вторым законом термодинамики, так и сырье невозможно полностью перевести в полезный экологически безопасный продукт). Другими словами, полностью
безотходная технология - это идеальная система, к которой должен стремиться всякий реальный технологический цикл, и чем больше будет это приближение, тем меньшим будет экологически опасный след [10].
В этом отношении более реальной является так называемая
малоотходная технология, под которой понимается такой способ производства продукции, когда вредное воздействие на окружающую среду доведено до санитарно-гигиенических норм и соответствующих предельно допустимым концентрациям ПДК.
Иногда используют понятие экологически чистая технология, подразумевая такой метод производства продукции, при котором сырье и энергия применяются настолько рационально, что объемы выбрасываемых в окружающую среду загрязняющих веществ и отходов сведены к минимуму.
Таким образом, приняв за основу, что полностью безотходная технология - это идеальная модель производства, можно утверждать, что и малоотходная технология требует определенных корректирующих коэффициентов, оценивающих степень их приближения к безотходной.
Так, например, для химической промышленности коэффициент безот- ходности:
kg »f кМркэркэ,
где
f - эмпирический коэффициент;
кмр - коэффициент использования материальных ресурсов;
кэр - коэффициент полноты использования энергетических ресурсов;
кэ - коэффициент соответствия экологическим требованиям.
Для угольной промышленности:
кб = 0,33 (кп +кв +кпг),
где
кп _ коэффициент использования породы, образующейся в результате горных работ;
кв - коэффициент использования попутно забираемой воды, образующейся при добыче угля;
кпг - коэффициент использования пылега- зовых отходов.
В общем случае для оценки степени совершенства технологического процесса, учитывая взаимодействие с окружающей средой, за критерий безотходности принят коэффициент экологического действия (к.э.д.), определяемый как:
