Экология

При контроле качества воды определяются органолептические показатели, рН и температура воды, содержание в ней , БПК и ХПК, а также концентрации 3В. В настоящее время органы контроля за качеством воды оснащаются автоматическими автономными системами контроля, которые без участия человека отбирают пробы, делают экспресс-анализы и выдают информацию на ЭВМ. Оценка качества воды в водоеме является основным условием для выдачи разрешений на сброс СВ. Такие разрешения даются с учетом наихудших условий разбавления стоков. Полностью запрещен сброс вод, содержащих возбудители инфекционных болезней и ненормированные вещества или вещества с токсическими свойствами. Также запрещается сброс бытовых и производственных СВ в заповедные воды. При сбросе стоков в водоемы, расположенные в пределах населенных пунктов, они должны быть очищены до уровней, предусмотренных нормами для коммунально-бытового водопользования. При сбросе производственных и хозяйственных стоков в городскую канализации ПДС не устанавливается, а технические условия на сбросы определяются управлениями канализационного хозяйства города. В соответствии с требованиями СНиП 2.04.03-85 такие стоки не должны содержать более 500 мг/л взвешенных и всплывающих веществ, а также веществ, способных засорять трубы или отлагаться на стенках труб. Стоки не должны разрушать сооружения канализации, содержать горючие примеси и вещества, способные образовывать взрывоопасные смеси и т.п.

5.2.6 Основные направление защиты водной среды

Рост водопотребления в промышленности и сельском хозяйстве наряду с масштабными загрязнениями водоемов делают актуальной разработку мероприятий по защите водной среды и ограничении потреблении воды в хозяйственных целях.

Сокращение потребления воды в промышленности обеспечивается следующими путями:

1) разработкой новых технологических процессов, характеризующихся значительным сокращением потребления исходной воды и образования загрязненных, стоков вплоть до полного исключения вода из технологических операций;

2) проведением локальной обработки СВ от отдельных производственных узлов с утилизацией ценных компонентов и подготовкой воды к повторному использованию;

3) организацией систем оборотного водоснабжения, включавших использование паводковых вод и атмосферных осадков, отводимых с территории предприятия;

4) формированием территориально-производственных комплексов, ориентированных на мало- и безотходные технологии за счет создания внутри них замкнутой структуры материальных потоков сырья, воды, продукции и отходов.

Резервы сокращения водопотребления за счет перечисленных направлений используются мало. Так, например, кратность использования воды в легкой промышленности всего около 1, в теплоэнергетике и при производстве бумаги - около 2, в пищевой и угольной промышленности - немногим более 3, в химической и перерабатывающей промышленности - 5...7. Поэтому необходимо добиваться в каждом производстве резкого сокращения безвозвратных потерь воды, предел которого равен 2…8%.

Существенные резервы сокращения водопотребления имеются в сельском хозяйстве. До 1993 г. бесплатное обеспечение водой для полива сельсхозкультур приводило к нерациональному расходу воды и засолению почв. Немало воды теряется в оросительных каналах за счет фильтрации, незначителен возврат воды на технологические нужды (до 50% составляют потери при отдаче воды обычными ирригационными системами, до 30% - при подаче в каналах, облицованных водонепроницаемыми материалами, и 10% -при подаче трубами).

Несмотря на то, что потребление воды в быту в нашей стране в 1,5 - 2 раза меньше, чем в развитых странах Запада, и здесь имеется громадные резервы ее экономии. В РФ полностью отсутствует учет количества потребляемой населением воды, не установлены счетчики израсходованной воды, исключительно велики потери (около 8 км3 в 1995 г.) из-за неисправностей водопроводных внешних сетей и арматуры. За счет устранения изношенности сетей и усовершенствования арматуры можно сэкономить более 20% подаваемой воды потребителям (20 км3).

Водный кодекс РФ (1995 г.) предусматривает наличие водоохранной зоны у каждого водного объекта. Ее роль - поддержание водных объектов в состоянии, соответствующем экологическим требованиям, и предупреждение их загрязнения. Водоохранная зона - это территория, примыкающая к акватории водного объекта, на которой устанавливается специальный режим использования и охраны ПР и осуществления иной хозяйственной деятельности. Минимальная ширина этих зон установлена Правительством РФ:

1) для рек - от среднемноголетнего уреза воды в летний период при длине реки от истока до 10 км - 15 м; от 11 до 50 км - 100 к; от 51 до 100 км - 200 м; от 101 до 200 м - 300 м; от 201 до 500 км - 400 м; свыше 500 км - 500 м; 2) для озер - от среднемноголетнего уреза воды в летний период, а для водохранилищ - от уреза воды при нормальном подпорном уровне при площади акватории до 2 км2- 300 м, более 2 км2 - 500 м. Для уникальных озер и водохранилищ эта ширина другая: озеро Селигер - 2 км, Иваньковское водохранилище - 3 км, Вазузовская водосистема - 1 км, а Вышневолоцкая - 500 м. Водоохранные зоны водных объектов, являющихся источниками питьевого водоснабжения или местами нереста ценных видов рыб, объявляются особо охраняемыми территориями.

В пределах водоохранных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы. В них запрещается распашка земель, рубка и корчевка леса, размещение животноводческих ферм и лагерей, применение удобрений и т.д. Они, как правило, заняты древеснокустарниковой растительностью или укреплены травяным покровом (залужены) для подавления почвенной эрозии. Водный кодекс РФ допускает в этих полосах размещение объектов водоснабжения, рекреации рыбного и охотничьего хозяйств, а также водозаборных, портовых и гидротехнических сооружений при наличии лицензии на водопользование. Ширина прибрежных защитных полос водо-охранных зон зависит от крутизны берега и вида угодий, прилегающих к реке, озеру или водохранилищу. Так, для пашен она может быть от 15 до 100 м; лугов и сенокосов - от 15 до 50 м; лесов и кустарников - от 35 до 100 м. Для рек длиной до 10 км от истока прибрежная защитная полоса совмещается с водоохранной зоной.

В водоохранной зоне также запрещается: проведение авиационно-химических работ; применение ядохимикатов; использование навозных стоков на удобрение; размещение складов ядохимикатов, минудобрений и горючесмазочных материалов; мест захоронения; складирование навоза, мусора и отходов производства и потребления; вырубка лесов (кроме санитарных и лесовосстановительных рубок) и т.д.

СН 2640-82 [10] предусматривают зоны санитарной охраны (ЗСО) у источников питьевого водоснабжения, а вдоль водоводов - санитарно-защитные полосы. ЗСО организуются в составе трех поясов: первый пояс (пояс строгого режима должен быть огражден и иметь постоянную охрану) включает территорию расположения водозаборов и всех водопроводных сооружений; второй и третий пояса (пояса ограничений) включают территории, предназначенную для охраны от загрязнений этих источников. В этих поясах и в пределах санитарно-защитной полосы устанавливается специальный режим и определяется комплекс мероприятий, исключающих возможность ухудшения качества питьевой воды.

Границы поясов ЗСО регламентируют СН 2640-82 [10] в зависимости от типа источника водоснабжения (подземный или поверхностный), природных, климатических и гидрологических условий. Так, граница первого пояса ЗСО должна быть: 1) для подземного источника - не менее 30 или 50 м от водозабора при использовании защищенных или недостаточно защищенных подземных вод;

2) для рек и каналов - не менее 200 м вверх по течении и не менее 100 м вниз по течении, по прилегающему и в направлении к противоположному берегу от водозабора; 3) для водохранилищ и озер - не менее 100 м от водозабора по акватории во всех направлениях. Границы второго и третьего поясов ЗСО определяются по СН 2640-82.

Ширина санитарно-защитной полосы (по обе стороны от крайних линий водовода) устанавливается: а) при отсутствии грунтовых вод - не менее 10 м при диаметре водоводов до 1 м и не менее 20 м при диаметре водоводов более 1м: б) при наличии грунтовых вод - не менее 50 м вне зависимости от диаметра водовода.

Водным кодексом РФ рассмотрены и другие аспекты использования и охраны водных объектов, названы участники водных отношений (РФ, ее субъекты, муниципальные образования и водопользователи) и их права, обязанности, по предупреждении и устранению загрязнения этих объектов и определены органы исполнительной власти (в РФ - Правительство и Роскомвод; в субъектах РФ -Администрация и местный орган Роскомвода), осуществляющие госуправления в области использования и охраны водных объектов.

5.2.7 Методы очистки СВ

Правилами охраны поверхностных вод запрещен сброс неочищенных СВ. Их очистка заключается в обезвреживании (т.е. удалении вредных веществ, попадание которых в водоемы может сделать воду непригодной к одному или нескольким видам водопользования) и обеззараживании (т.е. в проведении санитарно-технических мероприятий по уничтожению в воде возбудителей инфекционных заболеваний химическими и физическими способами). Обеззараживание СВ может потребоваться на предприятиях кожевенной и пищевой промышленности, а во всех других отраслях очистка СВ сводится к их обезвреживании. При этом очистка применяется, когда

экология биосфера народонаселение загрязнение

при , (5.5)

где - фактическая концентрация ЗВ в воде, мг/л; - расчетная (допустимая) концентрация ЗВ в водном объекте, мг/л; - концентрация i-го вещества в СВ, мг/л; - фоновая концентрация i-го вещества в водном объекте, мг/л.

Если , то (5.6)

где n - требуемая степень очистки СВ или кратность разбавления СВ чистой водой. С методикой расчета n студенты могут познакомиться в разделе 6 учебного пособия [2]. В настоящее время кратность разбавления СВ колеблется от 5 до 20, что усиливает потребность пресной воды в тех регионах, где игнорируют разработанные и широко применяемые методы очистки СВ.

Детальная характеристика систем очистки СВ применительно к конкретным отраслям промышленного производства дается в дисциплине "Инженерная экология" или "Строительная экология", или "Безопасность жизнедеятельности" (частично). Поэтому приводим лишь краткую характеристика методов очистки от ЗВ в воде.

При очистке СВ должна соблюдаться определенная последовательность в применении методов очистки. Вначале сбрасываемые СВ очищаются от взвесей и дисперсно-коллоидных частиц (механическая очистка). Потом применяются методы физико-химической и химической (реагентной) очисток. Для удаления высокотоксичных примесей в СВ используются электрохимические методы, а при особо вредных примесях может применяться термическая обработка. Для очистки бытовых стоков чаще всего применяются биологические методы.

Взвешенные частицы удаляются из воды процеживанием, отстаиванием и фильтрацией. При процеживании (первичной стадии механической очистки СВ), с помощью решеток, сит и фрикционаторов удаляются крупные нерастворимые примеси размеров до 25 мм. При отстаивании или медленном расслоении жидкой дисперсной системы на составляющие ее фазы идет постепенное осаждение грубых дисперсных примесей; кинетика отсеивания представлена на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Типичная динамика осаждения грубых дисперсных примесей.

Продолжительность отстаивания устанавливается в зависимости от требуемой степени очистки от данного вида примесей.

Тонкодисперсные примеси небольшой концентрации удаляются с помощью фильтров, т.е. пористых перегородок, пропускающих жидкость, но задерживавших твердые частицы.. Различаются зернистые (песок, уголь, и т.д.) и гибкие (сетка, бумага и т.п.) фильтры.

С помощью физико-химических методов удаляются токсические вещества и обеспечивается более высокая степень очистки. Всего применяется более 10 физико-химических методов очистки, важнейшими из которых являются флотация и адсорбция. Флотация применяется для удаления нерастворимых диспергированных примесей, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и т.д. Она не требует сложной аппаратуры и больших затрат. Удаление частиц примесей обеспечивается за счет их прилипания к пузырькам воздуха, образующихся при вакуумировании раствора, или резкого уменьшения его давления в емкости, при механическом диспергировании турбинами насосного типа, при химических реакциях (например, в реакциях с выделением ) и в биологических процессах.

Адсорбционная очистка СВ применяется при небольших концентрациях вредных примесей, главным образом, органических соединений (пестицидов, гербицидов), а также фенолов, ПИВ и т.п. В качестве адсорбентов используется активированный уголь, зола, шлаки, опилки. Как правило, в установках адсорбции используются несколько последовательных слоев адсорбента, генерация которых осуществляется нагревом до температуры 200…800°С.

Рис. 5.3. Типичные изотермы адсорбции

Типичные изотермы адсорбции или линии, показывающие связь между количеством адсорбированного вещества (Q), давлением (Р) и температурой очищаемых стоков (t) представлены на рис. 5.3.

Для избирательной очистки ряда токсических примесей применяют более сложные и дорогостоящие физико-химические методы: ионообменную очистку, обратный осмос, ультрафильтрацию и т.п. Химические и электрохимические методы очистки СВ включают в себя нейтрализацию агрессивных стоков (стоки считаются неагрессивными при рН = 6...6,5 и рН = 8...9; сильно агрессивными при рН < 6 и рН > 9), добавление химических реагентов, фильтрации через нейтрализующие мембраны и хемосорбцию, т.е. поглощение вещества поверхностью хемосорбента в результате химических реакций. Нейтрализация обеспечивается смешением кислых и щелочных СВ, добавлением кислых или щелочных реагентов, фильтрацией кислых стоков через известняк, мрамор или доломит.

Биологическая очистка основана на способности ряда микроорганизмов, главным образом бактерий, разрушать содержащиеся в СВ загрязнения органического происхождения. Наибольшая эффективность биологической очистки достигается при температурах 20...30°С, рН среды 6,5...7,5, достаточном обеспечении микроорганизмов биогенными элементами и отсутствии токсических веществ, влияющих на данные организмы (установлены ПДК веществ, не оказывающих отрицательного влияния на работу биологических очистных сооружений). В таких сооружениях биомасса может находиться в СВ в свободном состоянии или может быть закреплена неподвижно в так называемых биофильтрах, через которые проходят очищаемые СВ.

В последние годы широко применяется ряд новых перспективных методов очистки СВ. К ним относится применение вместо обычных окислителей озона (способного разрушать многие примеси в водных растворах при обычной температуре), ускоренных электронов (вызывающих радиолиз токсических компонентов) и низкотемпературной плазмы (), т.е. ионизированного газа с равными концентрациями положительных и отрицательных зарядов, а также мембранной технологии и т.п.

5.2.8 Оборотное водоснабжение предприятий

- это такое водоснабжение, при котором СВ после их очистки вновь используются в технологических процессах данных предприятий. Оно является наиболее перспективным способом уменьшения водопотребления в промышленности. Прогнозируемый в 70-х годах XX века неизбежный кризис из-за резкого увеличения водопотребления промышленности (примерно в 2 раза за каждые 10 лет) и вызываемые возрастающим сбросом СВ экологические последствия (например, было подсчитано, что сброс теплых промышленных стоков способен к 2000 году поднять температуру поверхностных вод CША до 35-40°С) оказались несостоятельными уже к 1983-1985 гг. Причина - повсеместный ввод в строй систем оборотного водоснабжения. В итоге забор воды на нужды промышленности не только перестал увеличиваться, но и начал постепенно снижаться. Преимущественное использование систем оборотного водоснабжения приписывается и Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения (СанПиН 4630-88).

Общая схема современного оборотного водоснабжения промпредприятия представлена на рис. 5.4.

Забираемая из источника водоснабжения (открытых водоемов - рек, озер, водохранилищ и скважин подземных вод) после механической очистки (фильтрации) вода подается на предприятие. При этом возможна подача воды для различных видов пользования - питьевого, технического, технического деминерализованного и т.д. с соответствующей предварительной обработкой (например, питьевая вода обеззараживается хлорированием). Основным принципом построения системы оборотного водоснабжения является четкое разделение стоков и организация самостоятельных рециклов обработанной воды с локальными очистными установками. На рис. 5.4 представлены только основные виды стоков предприятий. К ним, во-первых, относятся нагретые незагрязненные стоки (главным образом на предприятиях химической промышленности и энергетики), которые после их охлаждения в градирнях могут прямо подаваться в систему водоснабжения предприятия. Вторую

группу стоков представляют условно-чистые и дождевые стоки, которые могут подаваться на последний этап очистки. Для третьей группы загрязненных стоков требуются специфические в каждом конкретном случае методы и средства очистки. На предприятиях нередко используются локальные оборотные системы водоснабжения (например, системы водоснабжения окрасочных установок, гальванических цехов и т.п.). Последняя, четвертая группа стоков - бытовые стоки, поступающие вместе с частично очищенными водами (пятая группа), т.е. с прошедшими локальные средства очистки загрязненными стоками, в станцию биохимической очистки. Завершающим элементом системы оборотного водоснабжения является станция доочистки или дополнительной очистки общего стока для его возврата в производственный водооборот.

Рис. 5.4, Схема оборотного водоснабжения промпредприятия: 1 - локальные средства нейтрализации и очистки; 2 - станция биохимической очистки; 3 - станция доочистки; 4 - градирни; а - нагретые незагрязненные стоки; б - условно чистые и дождевые стоки: в - загрязненные стоки; г - частично очищенные стоки; д - бытовые стоки

Данная схема оборотного водоснабжения (рис. 5.4) носит самый общий характер и не отражает ряда существенных элементов, характерных для любой такой системы. К таким элементам относится механическая очистка, с которой может начинаться круговорот любого из 5 представленных на рис. 5.4 видов производственных стоков. На схеме не показаны безвозвратные потери воды, которые включают воду, входящую в конечный продукт производства, воду, теряемую с испарением, и т.д. Однако доля безвозвратного водопотребления в промышленности невелика и составляет 5…10% от объема водозабора, а в теплоэнергетике всего 0,5...2%. Следует также учитывать, что не все представленные на схеме элементы должны обязательно присутствовать в любой системе оборотного водоснабжения. Так, особенно много нагретых незагрязненных стоков на предприятиях химической промышленности и теплоэнергетики, но они могут совсем отсутствовать на некоторых машиностроительных предприятиях. Наибольшее значение имеют дождевые и паводковые воды для горнорудных, нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, но они могут совершенно не учитываться в других отраслях промышленности.

В целом системы оборотного водоснабжения резко сокращают потребление воды предприятиями и практически исключают загрязнение поверхностных вод. Кроме того, осадки, образующиеся при очистке СВ, могут явиться основой для получения ценной товарной продукции (азотных и органических удобрений, товарного сульфата натрия и т.п.).

5.3 Охрана почв и земель

5.3.1 Экологическое значение почв

Под почвой понимается обладающий плодородием поверхностный слой земли, сформировавшийся под воздействием воздуха, воды и живых организмов. Земля представляет собой более широкое понятие, которое применяется для обозначения нашей планеты, сухопутной части ее поверхности, отдельных участков суши (земли) и т.п. Сравнительно часто слово "земля" используется как социально-экономический термин, обозначающий одно из средств производства, а для сельского и лесного хозяйства - главное средство производства. Земля является пространственной базой строительства, местом размещения предприятий и кладовой полезных ископаемых. Главное же назначение земли - создание основы для сельскохозяйственного производства. обеспечивающего человечество продуктами питания.

На планете плодородных земель всего 6%, остальные длясельскохозяйственного производства или совершенно непригодны (15%), или требуют существенных капитальных вложений (24%). Из почти 15 млрд.га пригодных к использовании в сельском хозяйстве земель 28% занято лесами, 17% - лугами и только около 10% пашней. Больше всего земли на душу населения приходится в РФ, США, Канаде и Китае. Земельный фонд (ЗФ) РФ на 01.01.96 г. поставил 1,71 млрд.га, из них 13% - сельхозугодья, а пашни только ?,6% от ЗФ или 0,88 га на 1 чел. В 1995 г. сократились площади сельхозугодий в РФ на 1,23 млн.га, а пашен - на 1,26 млн.га.

Почва как среда обитания живых организмов обладает рядом специфических свойств, основным из которых является ее плодородие. Плодородие зависит от физических характеристик почвы и ее химического состава. В почвах различают твердую, жидкую и газообразную фазы. Существенное значение для твердой фазы имеет содержащиеся в ней органические вещества, главным образом, в форме гумуса, состоящего из высокомолекулярных продуктов разложения остатков растительных и животных организмов. Чем выше содержание гумуса (а оно может достичь 20% от массы твердой фазы), тем плодороднее почва. В почвенной влаге содержатся необходимые для питания растений растворимые соли и питательные вещества. Газообразная фаза занимает 40...60% объема почвы (у торфа - 90%), содержание О2 в ней с глубиной уменьшается с 21 до 11%, а СО2 наоборот возрастает - с 0.03 до 3%. Почва со-держит практически все элементы, необходимые для жизни: она обеспечивает растения питательными веществами и водой.

Почва необычайно богата популяциями живых организмов. Микроорганизмы почвы являются главными редуцентами подавляющего числа экосистем. Именно они разлагают остатки растительных и животных организмов, обеспечивая минерализацию, а, следовательно, и доступность для растений биогенных элементов, и образование гумуса, который является определяющим фактором плодородия почвы. Вторую группу популяций образуют более высокие формы жизни (черви, насекомые и т.п.). Количество только дождевых червей может достигать 300 особей на 1 м2 . К третьей группе относятся животные, часть жизни которых обязательно проходит в почве, (большое число видов жуков, саранча и т.п.) или тех животных, которые используют почву в качестве укрытия, жилья и т.п. (например, полевые мыши). Высокое содержание органических веществ в почве и их насыщенность живыми организмами позволили В.И. Вернадскому назвать почвы особым компонентом биосферы - биокосным веществом (см. подраздел 2.1). Почвы и ее экосистемы играют важную роль в функционировании всей биосферы в целом. Они являются средой обитания для редуцентов, обязательного компонента почти каждой экосистемы и участвуют практически во всех видах круговорота веществ. Развивающийся в наше время парниковый эффект объясняется не только увеличением выбросов СО2 и уменьшением лесов, но и деградацией почвенных сообществ, утилизирующих СО2, в условиях широкого распространения современных агроэкосистем.

От состояния почв зависит уровень сельскохозяйственного производства. Оно может и непосредственно влиять на здоровье человека, так как в почве могут содержаться РВ, возбудители опасных болезней (например, газовой гангрены и столбняка). Оценка санитарного состояния почв проводится по токсикологическим характеристикам, органолептическим показателям выращен- ных растений и культур и по воздействии изучаемого вещества на способность почвы к самоочищению. Как при оценке санитарного состояния воды выбирается минимальная концентрация вещества (т.е. оценка идет по ЛПВ). Однако чаще применяется оценка по санитарному числу, т.е. содержанию белкового азота в граммах в 100 г сухой почвы. При значениях санитарного числа 1...0,98 почва считается чистой. 0,98...О,85 - мало грязной. О,8...0,7 - грязной и ниже 0,7 - сильно грязной.

5.3.2 Антропогенные воздействия на почвы

Почвы относят к природным объектам, которые формируются очень медленно (для увеличения толщины почвы на 2...2,5 см нужно около 100 лет), а разрушаются быстро. Можно выделить следующие формы нарушения плодородия почвы.

1. Аридизация (опустынивание, превращение в пустыню) плодородных сельскохозяйственных земель вследствие нерационального ведения хозяйства (например, в 60-х годах XX века в Сахаре) или грубых экологических просчетов (например, на Арале в наше время), Аридизация, как правило, приводит к громадному экономическому ущербу, появлению сотни тысяч и миллионов экологических беженцев (их общее число в мире в настоящее время уже превысило 10 млн.чел.).

2. Эрозия почв, под которой в широком смысле понимается потеря почвенного плодородия вследствие разрушения почвы и выноса из нее питательных веществ, необходимых для роста растений. Причинами эрозий являются нерациональное земледелие (преобладание монокультур, отказ от севооборотов и т.п.), применение механики, нарушающей структуру почвы, бесконтрольная вырубка леса, неумеренный выпас скота. Различается несколько видов эрозии: а) ветровая - из почв с нарушенной мелкокомковатой структурой выдувается верхний наиболее плодородный слой (например, в 1971 г. на Кубани во время "черных" бурь было снесено 7 см верхнего слоя почвы) и наблюдаются смерчи, поземки и бури: б) водная - может быть плоскостной (поверхностный смыв почвы) и линейной, когда пахотные земли прорезаются оврагами глубиной до 100 м, длиной в десятки километров и скоростью распространения до 100 м/год. За последние 10 лет ежегодная площадь оврагов на территории РФ увеличивалась на 8-9 тыс.га;

в) техническая - вызвана применением мощных машин, разрушением дернового слоя при строительстве. При этом чаще всего страдают бедные почвы тундры и тайги, формирование которых протекает особенно медленно; г) пастбищная - характерна для скотоводческих районов Калмыкии, Бурятии. Эрозия почвы отличается большими масштабами (всего за 100 лет в мире поражено эрозией 17% пашни), резким снижением продуктивности почв (в среднем на 25%). В 1995 г. эрозионной опасности подвержено более 117 млн.га 63%) сельхозугодий РФ, в том числе 25% уже эродированных. Каждый третий гектар пашни и пастбищ нуждается в осуществлении мер защиты от процессов эрозийной деградации.

3. Загрязнение и засорение земель отходами производства и потребления и в результате аварий на нефтепроводах. В РФ занято 54 тыс.га земель хранилищами, полигонами и свалками, где накоплено 1,4 млрд.т отходов производства и потребления (состояние на 01.01.96 г.). На предприятиях РФ в 1995 г. образовалось 89,9 млн.т токсичных отходов, в том числе I класса опасности - 0,16 млн.т, II класса - 2,2 млн.т, III класса - 8,7 млн.т и IV класса - 78,8 млн.т. При этом использовано в собственном производстве 37,8% и полностью обезврежено только 7,2% от всех промотходов. В 1995 г. техногенному влиянию подвержено 2,3 млн.га сельхозугодий РФ, в том числе 90% атмосферными загрязнителями (SO2, пыль и соединения фтора) и 10% загрязнителями почв (медь, свинец, цинк, никель, кадмий и другие тяжелые металлы). В итоге около 17% проб почвы не отвечали санитарным нормам. При этом наибольшее их количество имело место в зоне влияния предприятий и транспортных магистралей (28,3%), в селитебной зоне (15,7%) и в местах производства растениеводческой продукции (9,1%). Это способствовало загрязнении выращиваемой и производимой пищевой продукции. В 1995 г. зарегистрировано 8666 пищевых отравлений и массовых неинфекционных заболеваний, из них 67,7% бактериального происхождения и 17,5% вызвано отравлениями ядовитыми грибами.

Загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в РФ является одной из крупных экологических проблем из-за ежегодных аварий - более 20 крупных аварий на магистральных и около 40 тыс. аварий на внутрипромысловых нефтепроводах.

4. Засоление или накопление солей натрия, кальция и магния в верхних слоях почвы в концентрациях, недопустимых для нормального роста и развития растений. Засоление почвы может быть вызвано ветровым переносом соленой пыли с морей, вымыва-нием и сносом их в низины, атмосферными осадками и т.п. Более частой причиной засоления почв является подъем грунтовых вод при увеличенных нормах полива до критической глубины их залегания, с которой они могут подниматься по капиллярам до поверхности почвы. Эта критическая глубина составляет 1...3 м. Даже слабое засоление снижает урожайность в 2 раза.

5. Затопление плодородных земель. Экологически необоснованное неумеренное гидростроительство в Волжском бассейне затопило около 4 млн.га плодородных земель, что привело к недобору зерновых в бассейне Волги около 30 млн.т.

6. Нарушение земель добычными и геологоразведочными работами, а также при строительстве крупных объектов. В РФ площадь нарушенных земель равна 1.14 млн.га, из них 60% нарушено в процессе добычи полезных ископаемых и геологоразведочных работах и около 21% - при торфоразработках. В 1995 г. было нарушено 83,4 тыс.га земель, в том числе при добыче полезных ископаемых, их переработке и геологоразведочных работах - 61%, торфоразработках - 27%, строительстве - 27%. Заболачивание сельхозугодий в Нечерноземной зоне или их иссушение в аридной из-за непроведения мелиоративных и культурно-технических работ вследствие финансовых трудностей в России.

Помимо перечисленных причин потери земель, в Тверской области большие потери пашни были обусловлены компанией по выселению людей из неперспективных деревень. При этом было потеряно больше пашни, чем ее удалось ввести в оборот за счет дорогостоящей мелиорации. Из-за отвода земель для несельскохозяйственных нужд в РФ сокращена площадь продуктивных сельхоз-угодий на 1,17 млн.га, а пашни - на 2,46 млн.га по сравнению с 1990 г. Все это делает важным и актуальным борьбу с порчей, деформацией и загрязнением почв и земель.

5.3.3 Борьба с порчей почв, земли и рекультивация земель

Борьба с порчей почв, земли требует применения целого комплекса правовых, инженерно-технических, агрономических и санитарно-гигиенических методов и средств. Прежде всего, должны быть исключены всякие экологически не обоснованные решения, ведущие к таким тяжким последствиям как потеря сотен и тысяч гектаров плодородной земли. Например, в ходе кампании против неперспективных земель, в борьбе с эрозией почв первое место принадлежит агротехнике (внедрение безотвального земледелия, правильный выбор севооборотов, отказ от техники, разрушающей структуру почвы, и т.п.), лесомелиоративным работам и гидротехническим мероприятиям (укрепление откосов, задержание стоков и т.п.). Рациональное ведение сельского хозяйства, введение платы за воду резко снижают опасность засоления почв из-за излишнего полива. Уже рассматриваются проекты ликвидации мелководных и непродуктивных водохранилищ, занявших большие массивы плодородных земель. Но остается актуальной защита земли от промышленных и бытовых отходов и приведение ряда земель, возвращаемых промышленностью после разработки минерального сырья, ликвидации предприятий и т.п., в состояние, пригодное для хозяйственного использования. Решение последней задачи называется рекультивацией земель. Именно эти, преимущественно инженерно-технические задачи, рассматриваются ниже.

Отходы производства - это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при изготовлении продукции и утратившие свои потребительские свойства. Возможно образование отходов и не связанных с сырьем (например, вскрышные породы при разработке полезных ископаемых). В промышленности, кроме перечисленных производственных отходов, достаточно велики и отходы потребления (металлолом, резина, стекло). Такие материалы иногда называют отбросами, т.е. материалами, не имеющими хозяйственного значения. Однако то, что сегодня считается отходами, при совершенствовании технологии может оказаться ценным сырьем в будущем.

Помимо промышленных отходов и отбросов постоянно возрастающее значение имеют бытовые отходы. Об их объеме наглядно свидетельствует рис. 3.1. Повышение жизненного уровня населения, как правило, ведет к увеличению бытовых отходов. Так, оснащение жилых зданий мусоропроводами увеличивает отходы на 20-25%. В США объем бытовых отходов на 1 жителя в два с лишним раза больше, чем в РФ. Только в одном случае - при замене отопления углем или дровами на природный газ - будет существенное уменьшение отходов.

В развитых странах основная масса отходов поступает от промышленности. Санитарная классификация промышленных отходов и методов их утилизации и ликвидации представлена в табл. 5.6.

Таблица 5.6. Санитарная классификация промотходов

При складировании и обезвреживании отходов необходимо учитывать возможную трансформацию веществ, содержащихся в них, и пути их миграции в ОПС. Как следует из табл. 5.6, некоторые отходы способны загрязнять атмосферный воздух. Значительная часть отходов может выбрасываться на "дикие" свалки, что приводит к загрязнению почв. Талыми и дождевыми стоками ЗВ отходов выносятся на пашню и в водоемы. Все это создает условия для попадания их в наземные и водные растения и дальше - в организмы животных и рыб, в том числе и тех, которые используются в пищу человеком. При этом в продуктах питания человека могут создаваться значительные концентрации ЗВ за счет их кумуляции в пищевых цепях (см. подраздел 1.4). Известны также случаи превращений (трансформации сравнительно мало токсичных соединений на свалках отходов в опасные яды.

Удаление и утилизация бытовых отходов представляет собой сложную и актуальную техническую задачу. Бытовые отходы непосредственно связаны с эпидемиологической безопасностью населенных пунктов. Отсутствие эффективной системы их сбора и обеззараживания явилось причиной многочисленных вспышек тяжелых инфекционных заболеваний в средние века (эпидемии чумы) и недалеком прошлом (эпидемии и пандемии холеры в XIX веке). Даже в развитых странах Запада до сих пор помимо специально оборудованных свалок для бытового мусора и мусоросжигательных заводов имеются многочисленные "дикие" свалки (в Германии на 4400 оборудованных свалок недавно было около 50000 "диких"). Любые свалки нарушают эстетический облик городов и населенных мест, приводят к загрязнениям почвы и воды, создают специфические антиэстетические ландшафты пригородов. Наиболее прогрессивной формой утилизации бытового мусора являются мусоросжигательные заводы, получившие большое распространение в Японии и США. В РФ всего 7 таких завода - в городах Москве, Санкт-Петербурге, Владивостоке, Сочи, Пятигорске, Мурманске и Владимире, которыми, кстати, не обеспечивалась потребность этих городов в утилизации бытового мусора. Сейчас предпринимаются меры по увеличению количества таких заводов в Москве и других городах РФ. Однако до сих пор твердые бытовые отходы вывозятся на свалки, а жидкие отходы для обеззараживания запахиваются на глубину 20 см на полях орошения, расположенных не ближе, чем 1000 м от жилья. Часто применяется биотермальный метод, который заключается в хранении отходов в форме компостов, разогревающихся до 60°С. В РФ до сих пор широко применяется сжигание мусора на свалках. При этом в сравнительно большом количестве образуется один из опаснейших ядов - диоксин, при попадании которого в организм человека резко увеличивается вероятность раковых заболеваний.

Более подробно методы утилизации и ликвидации производственных отходов, в том числе и осадков СВ излагаются в дисциплинах "Инженерная экология", "Строительная экология" и "Безопасность жизнедеятельности".

Сокращение потерь земли обеспечивается снижением масштабов нарушений почв при разработке полезных ископаемых и повсеместной рекультивации земель. Снижение масштабов нарушений достигается рациональным выбором формы, размеров и количества карьеров и отвалов (например, замена многих малых карьеров на один большой существенно экономит землю, выбор рациональных форм отвалов увеличивает их емкость и т.п.).

Под рекультивацией понимается комплекс работ, направленный на восстановление продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных земель. На первом этапе идет подготовка земель к последующему целевому использованию (техническая рекультивация), на втором - восстановление биологических свойств земли и, прежде всего, ее плодородия (биологическая рекультивация). Первый этап рекультивации выполняется предприятиями, деятельность которых способствовала нарушению земель, или передвижными механизированными колоннами: второй - пользователем земли, которому она передается после завершения технического этапа. В зависимости от географического положения района, гидрогеологической характеристики местности, особенностей почв и растительного покрова, населенности района и характера нарушений выбирается одно из следующих направлений рекультивации: 1) сельскохозяйственное направление (обычно при развитом сельском хозяйстве, значительной площади нарушений и благоприятных подстилающих породах); 2) лесохозяйственное (в лесных районах и при больших деформациях поверхности - крутых склонах и откосах, терриконах и карьерах и т.п.); 3) строительное (в густонаселенных районах); 4) водохозяйственное (в выемках и карьерах при отсутствии разрывов в подстилающих породах); 5) рекреационное (проводится около городов и представляет собой сочетание лесохозяйственного и водохозяйственного направлений). Иногда выделяется еще санитарно-гигиеническое направление рекультивации (на непригодных для хозяйственного пользования землях, содержащие редкие и радиоактивные элементы).

Техническая рекультивация является сложным и дорогостоящим мероприятием - в среднем около 20 млн.руб. на 1 га в ценах 1997 года, а при сельскохозяйственной рекультивации - почти 35 млн.руб. В РФ подлежат рекультивации около 1,2 млн.га нарушенных земель, на 40% которых планируется лесохозяйственная рекультивация, 34 - сельскохозяйственная и 207. - водохозяйственная. 8 1995 г. было рекультивировано только 160 тыс.га.

В сохранении земель и их хозяйственных свойств большую роль играет мелиорация или улучшение свойств географической среды для максимального использования природного потенциала земель. Она обычно обеспечивается осушением переувлажненных земель и болот или орошением земель сельскохозяйственного назначения. Практически все пахотные земли РФ находятся в зоне с возможными засухами и нуждаются в орошении. Однако неумеренные поливы повышают уровни грунтовых вод и вызывают засоление почв, а нерациональное осушение болот уменьшает речной сток и снижает уровень озер. Кроме того, всякая мелиорация ведет к обеднению флоры и фауны региона. В РФ охрана земель регламентируется земельным кодексом РСФСР (1991 г.). В нем четко установлены виды пользования землей (земли сельскохозяйственного назначения; населенных пунктов; промышленности, транспорта и иного несельскохозяйственного использования, природохозяйственного назначения, лесного фонда, водного фонда и запаса). Кроме того, подробно рассмотрена система мероприятий по защите земли, определены органы контроля за ней (Правительство РФ, Администрации субъектов РФ, Роскомзем и его органы на местах). Ведется составление земельного кадастра - совокупности сведений о природном, хозяйственном и правовом положении земель РФ. Он включает данные регистрации землепользования, учета количества и качества земель, бонитировки (доброкачественности) почв и экономической оценки земель.

5.4 Охрана флоры и фауны

5.4.1 Охрана растительного мира

Флора является одной из двух главных форм жизни на Земле. В любой экосистеме и в биосфере в целом растения выполняют роль продуцентов и создают основную часть биомассы, ежегодно поглощая около 160 млрд. т CO2 и выделяя в атмосферу около 100 млрд. т O2. Именно растениями образован уникальный состав атмосферы нашей планеты (см. табл. 2.1).

Растительный ресурсный потенциал РФ достаточно велик и разнообразен (полярные пустыни, тундры, леса, степи). 94% ЗФ РФ покрыто растительностью. Продукция растениеводства является основным питанием большинства населения Земли и представляет собой значительную часть сырья для промышленности. Однако деятельность человека уже привела к безвозвратной гибели 30 тыс. видов растений и поставила под угрозу еще 25 тыс. видов. Поэтому необходима защита всех типов растительности (в том числе лесов и лугов), отдельных видов растений и растительных сообществ.

Лес - это совокупность лесной растительности, земли, животного мира и других компонентов ОПС, биологически взаимосвязанных и влияющих друг на друга в своем развитии. Леса занимают почти 28% суши, дают 60% биологически активного О2, играют громадную роль в жизни биосферы, климате планеты и хозяйственной деятельности человека. Различают два вида лесопользования - основное (рубка леса) и побочное (сбор ягод, грибов, трав и т.д.). В РФ допускается лесопользование только на основании лесорубочного билета, ордера или лесного билета, выдаваемых лесхозами.

Лесной Фонд (ЛФ) РФ составляет 1,18 млрд. га, в том числе 65% земель, покрытых лесом. Общий запас древесины в лесах РФ около 81 млрд.м3. Лесной кодекс РФ (1997 г.) выделяет в ЛФ первую, вторую и третью группу лесов, а первую группу лесов разделяет по категориям защитности.

К первой группе (19% от ЛФ) относят леса, выполняющие следующие функции и включающие следующие категории защитности: водоохранные, защитные, санитарно-гигиенические, оздоровительные, особо ценные лесные массивы, памятники природы, природно-заповедные леса. В них разрешены лишь рубки ухода за лесом, санитарные рубки и лесовосстановительные работы. Ко второй группе (9% от ЛФ) относят леса в районах с высокой плотностью населения и развитой сетью транспортных путей. Леса, выполняющие водоохранные, защитные, санитарно-гигиенические, оздоровительные и иные функции, имеющие ограниченное эксплуатационное значение. В них производят рубки главного пользования способами, направленными на восстановление ценных пород деревьев, сохранение природных функций лесов этой группы и позволяющими эффективно и рационально использовать лесные массивы. К третьей группе (72% от ЛФ) относят леса многолесных районов, имеющие преимущественно эксплуатационное значение. В таких лесах проводят рубки главного пользования способами, обеспечивающими своевременное и рациональное использование лесных ресурсов.

Во всех группах лесов РФ ежегодный прирост древесины составляет 880 млн.м3. Вырубка леса осуществляется в строгом соответствии с расчетной лесосекой. Ее устанавливает Рослесхоз раздельно по хвойному, мягко- и твердолиственному хозяйствам, исходя из принципов рационального, непрерывного и неистощаемого пользования ЛФ. В 1995 г. было вырублено только 25% расчетной лесосеки. При этом выявлены недорубы в объеме 2,5 млн.м3, брошенной древесины в местах рубок 1,4 млн.м3, неочищенных лесосек более 110 тыс.га и уничтожение подроста ценных пород деревьев на площади 15 тыс.га. Кроме того, зафиксированы около 23 тыс. случаев незаконной порубки леса в объеме 450 тыс.м3 древесины и гибель лесов на площади 172 тыс.га, из них 90% хвойных насаждений. Причинами гибели лесов являются повреждения вредными насекомыми (46,0%.) и воздействия пожаров (33%) и неблагоприятных погодных условий (16%). Более 40% всех насаждений, пораженных болезнями, находятся в Центральном и Центрально-черноземном районах РФ.

На охраняемой площади ЛФ РФ (94% общей площади ЛФ) в 1995 г. зафиксировано около 26 тыс. лесных пожаров на площади 463 тыс.га. По сравнений со среднегодовыми показателями за прошедшие 5 лет количество пожаров возросло на 29% а площадь их сократилась более чем в 2 раза. Наиболее распространенными были низинные пожары на 325,8 тыс.га, верховые пожары отмечены на 25,3 тыс.га и подземные - на 3,1 тыс.га. Основной причиной лесных пожаров являются антропогенные факторы (около 88% всех загорании), а в лесах Европейской территории РФ почти 100% возгораний происходит по вине местного населения.

Поэтому задача рационального пользования лесами и их защиты является важной и актуальной. Она решается принципом ограничения ежегодной вырубки годичным приростом и борьбой с лесными пожарами, защитой леса от вредителей и болезней. Так, Рослесхоз совместно с исполнительной властью на местах ведут через лесхозы и лесничества активную охрану леса от пожаров -самого опасного врага леса. С этой целью наряду с разъяснительной работой и контролем они проводят мероприятия по предупреждению пожаров, их быстрому обнаружению и ограничению распространения. В лесах организуют сеть противопожарных барьеров: широкие разрывы (просеки), минерализованные полосы, водоемы (канавы) вдоль железных, шоссейных и лесовозных дорог и в других местах, опасных в пожарном отношении. Для быстрого обнаружения пожара в лесу сооружают вышки; используют самолеты и вертолеты, которые также быстро доставляют в полной экипировке пожарных парашютистов к очагам пожаров. Они совместно с наземными пожарными подразделениями и населением тушат лесные пожары. Для этого применяют мощные пожарные автоцистерны, мотопомпы, вездеходы, бульдозеры, почвообрабатывающие орудия и ранцевые опрыскиватели.

Для борьбы с вредителями (насекомыми и грызунами) и болезнями леса применяют предупредительные и истребительные меры. Первые направлены на предупреждение массового размножения вредителей (особенно после пожара) и профилактику болезней, а вторые - на их уничтожение. Чаще приходится вести борьбу в лесу всеми доступными методами и средствами в комплексе (интегральный метод).

К предупредительным мерам относятся надзор за появлением вредителей и болезней в лесу (чем быстрее обнаружат, тем успешнее борьба), карантинная служба (предупреждает завоз новых вредителей или вредителей, имеющих ограниченное распространение в РФ, и возбудителей болезней с семенами, саженцами и другими грузами) и лесохозяйственные мероприятия (подбор здорового посевного и посадочного материала, выращивание стойких против вредителей и болезней насаждений, удаление ослабленных и больных деревьев и бурелома и т.д.).

Для истребления вредителей и возбудителей болезней деревьев применяют методы: физико-механические - световые ловушки, ультразвук, положительный электростатический заряд и др.; химические (пестициды) и биологические - уничтожение вредителей их естественными врагами, например, хищными паразитическими насекомыми, насекомоядными птицами, болезнетворными микроорганизмами (бактерии, вирусы и грибы) и муравьями. Известно, что рыжие лесные муравьи надежно защищают хвойные леса с плохо развитым травяным покровом, так как один большой муравейник за сезон уничтожает 3...8 млн. вредных насекомых на площади 0,3...1 га леса.

Другие мероприятия по рациональному использованию, воспроизводству, охране и защите лесов изложены в лесном кодексе РФ и законодательных актах субъектов РФ. Вторым важным типом растительности являются луга или природные сенокосы и пастбища (последние, помимо естественных, включают и искусственные - сеяные угодья с травянистой растительностью). Они играют существенную роль в сельскохозяйственном производстве, их растительные сообщества принимают большое участие в образовании биомассы, связывании СО2 и выделении 02. Леса и пастбища надежно защищают почву от ветровой и водной эрозии, но и сами нуждаются в заботе. Необходимо обеспечить рациональное использование пастбищ, улучшить видовой состав луговых растений, создавать орошаемые пастбища и т.п. Нерациональное использование пастбищ может привести к тяжелым экологическим последствиям, как это было, например, в Сахаре и Бурятии (пастбищная эрозия почв, гибель животных и голод среди населения).

Хотя мир растений исключительно богат и многообразен (известно свыше 500 тыс, их видов), тем не менее более 10% видов или погибли, или находятся под угрозой гибели в результате деятельности человека. Для сохранения генофонда растений, спасения и размножения редких и исключительно редких их видов созданы заповедники и заказники, изданы "Красные книги" в РФ и ее субъектах, в которые включено более 500 видов растений.

5.4.2 Охрана животного мира (фауны)

Хотя биомасса животных нашей планеты составляет всего 2%, живого вещества, их роль в биосфере незаменима. Животные отличаются высокими уровнями энергетики, большой подвижностью и разнообразием видов 'в 4 раза большим, чем у растений). Все они включены в отлаженные в течение миллиардов лет экосистемы планеты, обеспечивая сбалансированное функционирование биосферы Земли. Масштабы жизнедеятельности целого ряда видов животных осознаются чаще всего в результате экологических просчетов человека. Так, в Австралии оказалось невозможным разведение домашнего скота без завоза навозных жуков, так как местные жуки-навозники не трогали выделения скота, и они полностью покрывали землю и угнетали рост растений. Выше указывалось на значение живого мира почв для их плодородия. Более глубокое изучение экосистем значительно сократило перечень "вредных" с точки зрения человека животных: хищники оказались "санитарами леса" и т.д.

На территории РФ насчитываются десятки тысяч видов наземных беспозвоночных и позвоночных животных. Многие из них играют существенную роль в экосистемах. В 1995 г. снизилась численность зайца-беляка на 17%, кабана на 29%, соболя на 16%, бобра и рыси на 11%, бурого медведя на 10%. По сравнению с 1994 г., возросла численность волка на 6%, лисицы на 3% и дикого северного оленя на 1%. Одной из главных причин такого положения является общее ухудшение социально-экономической обстановки в стране, симулирующее рост браконьерства на 20% (49 тыс. случаев незаконной охоты в 1995 г.). Кроме того, продолжается резкое изменение мест обитания животных из-за хозяйственной деятельности человека (распашка степей, вырубка лесов и т.п.) и широкое применение пестицидов. Все это требует проведения мероприятий по защите фауны: усиление охраны и госконтроля за использованием охотничьих животных, регулирование их численности, изменение ряда технологических процессов в сельском хозяйстве, способствующих сохранению животного мира, и создание условий обитания для животных (лесополос, искусственных водоемов и т.п.), а также сохранение мест их обитания (в заповедниках РФ охраняется 75% видов млекопитающих, 82% птиц, 50% амфибий и 35% рептилий).