Что охранять и как использовать?

Стратегический курс на перестройку управления экономикой, определенный XXVII съездом нашей партии, предусматривает глубокие качественные изменения во всех сферах хозяйственной деятельности, создание нового механизма хозяйствования. Переход к преимущественно экономическим методам управления означает более ответственное отношение к природным ресурсам и состоянию окружающей среды.

Экономические и экологические интересы имеют в конечном счете единую цель - получить максимальную пользу от предоставляемых природой ценностей и услуг. Но понятие полезности включает в себя столь широкий диапазон потребностей, что удовлетворить полностью какую-либо из них невозможно без нанесения ущерба качественному состоянию других.

Нарушения в природной среде вызваны несовершенством технологии природоэксплуатирующих отраслей при получении ресурсов из естественных источников. Ранее мы не выделяли факторов благоприятного развития живой природы при техногенных нагрузках и длительное время видели успех только во введении различного рода ограничений. Эти ограничения способствовали быстрому появлению организационных и технических решений, которые в зависимости от того, насколько эффективны они в борьбе с вредными воздействиями на окружающую среду, делятся на защитные (пассивные) или технологические (активные). Первые, по существу, направлены на преодоление не причин, а следствий техногенных воздействий. Вторые - предупреждают их возникновение или сводят к минимуму вредные для природной среды явления в процессах хозяйственной деятельности.

Намеченные мероприятия предусматривают: снижение токсичности отходов с возможностью последующей утилизации или безопасного складирования в отвалах; изыскание способов захоронения вредных отходов производств; создание специальной техники, снижающей вредное воздействие на природные комплексы; применение мало- и безотходных технологий, а также утилизацию отходов смежных производств. Очень важно при этом сочетать экологические требования с экономическими интересами отраслей и предприятий.

Все перечисленное направлено на защиту основных компонентов окружающей среды: атмосферного воздуха и воды, растительного и животного мира, почвы и земных недр. Решение проблемы совместимости экологии и экономики в условиях интенсификации хозяйственной деятельности подразумевает прежде всего необходимость четкого представления о том, что охранять и как использовать.

Атмосферный воздух. Ресурсные возможности атмосферы - поставщика кислорода, источника химического сырья в промышленном производстве азота, углекислоты и т. п.- долгое время не привлекали к себе должного внимания. Однако с развитием химии синтетических материалов проблема рационального использования ресурсов атмосферного воздуха начала возрастать. При этом сохраняется приоритетность мер, направленных на поддержание его качественного состава, пригодного для жизни.

Практикуемые до недавнего времени меры по значительному пространственному распределению поступающих загрязнений (рассеивание) и соответствующие технические решения по строительству высоких труб (эксплуатируются трубы высотой свыше 500 метров) уступают свое место газопылеулавливающим устройствам, которые избирательно воздействуют на выбрасываемые загрязнения. Это позволяет использовать в хозяйственных целях улавливаемые продукты, обеспечивая тем самым экономию первичных сырьевых или энергетических ресурсов.

Аппараты очистки

Для очистки от пылевидных примесей используются сухие (фильтрация, осаждение под действием сил гравитации и инерции) и мокрые (промывка, осаждение на жидкостную пленку) методы улавливания твердых и капельных частиц. Очистка от газообразных продуктов основывается на физико-химических, термических, каталитических и биологических способах.

Дымовые газы тепловых электростанций очищаются от твердых частиц с помощью электрофильтров. На станциях используются циклонные установки или более эффективные батарейные циклоны. Увеличение мощностей энергоблоков и электростанций ведет к концентрации выбросов на ограниченной территории, что повышает требования к полноте очистки.

На горнодобывающих предприятиях, где источниками пыли и газа служат отвалы и погрузочно-разгрузочные комплексы, основные усилия направлены на локализацию горения отвалов и источников пыли, складирование породы или угля по высоте и ширине, профилактику против самонагревания и самовозгорания. На транспортных линиях в пределах территории предприятия в местах высокого пылеобразования предусмотрено водяное орошение.

Металлургическое производство: выброс в атмосферу Земли пыли, разнообразных газов, окислов, паров кислот

Металлургическое производство также сопровождается выбросом в атмосферу Земли пыли, разнообразных газов, окислов, паров кислот. Для очистки газов применяли мокрый способ в скрубберах различных конструкций. Этот способ имеет свои недостатки, поэтому все чаще переходят на сухую очистку в электрофильтрах и рукавных фильтрах. Началась очистка отходящего газа от сернистого ангидрида, образуемого при обжиге руд и при сжигании коксового газа. Пылевые выбросы предприятий цветной металлургии насыщены ценными компонентами, которые необходимо улавливать и утилизировать. Очистка в этом случае проходит в две ступени: сначала в циклонах, а затем в рукавных или электрофильтрах. Электролизные газы при производстве алюминия очищаются от пыли, смолистых веществ и фтористых соединений по комбинированной схеме: электрофильтр - пенный аппарат со степенью очистки до 95 - 98 процентов. Улавливание сернистого газа уже сейчас дает положительные результаты - около трети серной кислоты в стране производится на предприятиях отрасли.

Гидродинамический пылеулавливатель

Но самое пыльное, пожалуй, производство строительных материалов. Пыль образуется практически на всех этапах технологической цепи - добыча и измельчение сырья, сушка и обжиг, помол, транспортировка, погрузочно-разгрузочные работы. Для очистки технологических выбросов цементных заводов применяются все виды сухой очистки, на керамических и стекольных заводах - циклоны и гидродинамические пылеулавливатели. Частично решена задача очистки выбросов от соединений фтора, мышьяка и других вредных веществ.

Темпы развития химической промышленности требуют увеличения мощностей по очистке газов от многочисленных вредных соединений. За годы последних пятилеток производительность таких мощностей достигла 5,5 миллиона кубометров газа в час, что позволяет улавливать более 95 процентов вредных выбросов. Однако острота проблем по очистке не снижается. Это связано с новыми видами производств. Например, производство азотной кислоты требует установок каталитической очистки окислов азота, термическими методами очищают газы от пахнущих примесей, образующихся в процессе производства битума и синтетических жирных кислот.

Известно, какой ущерб наносят выхлопные газы от работы двигателей внутреннего сгорания. Поэтому большое экономическое и социальное значение имеют конструктивные усовершенствования, снижающие этот ущерб. Например, установка нейтрализаторов на выхлопных каналах уменьшает содержание окиси углерода и углеводородов на 85 - 95 процентов, а совершенствование конструкции двигателя потенциально обеспечивает понижение уровня вредных компонентов в исходящих газах в 1,2 - 1,3 раза. Так, оснащение двигателей регулятором подачи топлива, который автоматически прекращает подачу топлива в цилиндры при торможении или резком уменьшении числа оборотов, позволяет не только сократить выброс окиси углерода на 25 - 40 процентов, но и сэкономить на 3 - 7 процентов расход топлива, на 30 - 40 процентов - моторного масла. Разрабатываются двигатели с применением частичной рециркуляции отработанных газов (частичный возврат газов в камеру сгорания), новые системы зажигания, нетоксичные присадки к высокооктановому бензину, использование заменителей традиционных видов топлива.

Загрязнение окружающей среды

Уже осуществляются полеты самолета, использующего для электродвигателя энергию, генерируемую солнечными батареями. Испытываются двигатели с использованием лазерного излучения для передачи энергии. Основные элементы такого двигателя - теплообменник, преобразующий световую энергию в тепловую, и турбомашина.

Выброс загрязнений способствует коррозии оборудования и строительных конструкций, приносит убытки смежным сферам хозяйственной деятельности. Источники загрязнений получают все более уточняемую количественную и качественную характеристики. Так, убытки от выбросов в атмосферу, например, 1 тонны окиси углерода оцениваются от 20 до 100 рублей, 1 тонны сернистого ангидрида - от 85 до 200, 1 тонны нетоксичной пыли - от 90 до 180 рублей. Ущерб, который наносят загрязнения лесным ресурсам, колеблется от 20 до 65 рублей на гектар, в растениеводстве урожайность снижается в среднем на 2,7 центнера с гектара.

Итак, общие задачи экономики и экологии, направленные на сохранение и поддержание должного уровня чистоты атмосферного воздуха, требуют создания технических средств, предотвращающих или сокращающих выброс загрязнений.

Вода. Вода - основа жизни. В противоположность атмосферному воздуху на всем протяжении человеческой истории вода, особенно пресная, рассматривалась с ресурсных позиций. Настоящее десятилетие ООН объявила "десятилетием воды", подчеркивая тем самым актуальность решения проблем, связанных с дефицитом ее в мире. К настоящему времени водный баланс планеты изучен достаточно полно. Загрязнение природных вод довольно быстро стало ощутимой для человечества опасностью: употребление загрязненной воды сопровождалось угрозой заболеваний и иными ущербами. Вот почему значительные расходы на водоохранные мероприятия, удельный вес которых в общих прямых природоохранных затратах достиг 75 - 80 процентов, воспринимаются как неизбежные.

Росту дефицита свежей воды способствуют сохраняющиеся тенденции разбавлять ею жидкие отходы до требуемой концентрации загрязнений. Так, например, кратность разбавления свежей водой жидких отходов при нефтепереработке доходит до 60, в целлюлозно-бумажном производстве - до 40, отходов при производстве синтетического волокна - до 15, минеральных удобрений, кожи - от 10 до 20, а при производстве синтетического каучука эта цифра увеличивается до 2000.

Способы очистки стоков сбросных вод делятся на механические (процеживание, отстаивание, фильтрование), химические (нейтрализация, коагуляция, флокуляция), физико-химические (флотация, сорбция, термическое и электрохимическое воздействие) и биологические (аэрирование, биосорбция, использование специальных бактерий и микробов). В ряде случаев используется комбинация нескольких методов в единой технологической цепи очистных сооружений.

Способами механической очистки улавливают содержащиеся в воде нерастворимые примеси. В зависимости от размеров частиц и физических свойств загрязнений конструктивные решения предусматривают процеживание через решетки, сетки или фильтрующий массив, отстаивание.

Загрязнение окружающей среды

Отстойники для очистки воды от нефтепродуктов, масел, смолы получили название ловушек. Они имеют устройство для слива всплывшего на поверхность загрязнения. Чтобы повысить производительность и коэффициент использования отстойника, его оснащают приспособлениями, автоматически регулирующими положения слива на уровне раздела фаз. Эти конструкции очень эффективно используются и при обезвоживании добываемой нефти.

Для ликвидации аварий на морских нефтепромыслах и в местах сбора загрязняемых вод создают плавающие барьеры, ограничивающие растекание жидкости. С поверхности огражденной таким образом площади продукт собирается насосом. После прохождения через фильтры очищенная вода сбрасывается в акваторию, а продукт поступает в сборный резервуар.

Очистка воды

В некоторых странах для очистки воды используют естественные фильтры: речную воду закачивают в подземные горизонты, а затем отбирают после того, как она просочится через фильтрующую (песчаную) толщу. Сильно загрязненную воду перед закачкой предварительно обрабатывают ультразвуком, хлорируют и т. д. Для глубокой очистки жидкой среды от взвешенных частиц используют гидроциклоны, в которых разделение осуществляется под действием центробежных сил. Повышения эффективности работы достигают комбинированной установкой - параллельно или последовательно - группы аппаратов.

При подготовке питьевой воды широко применяют методы коагуляции (сгущение взвешенных частиц): обработка сульфатом аммония, создание электрического поля. Используют эти методы и при очистке сточных вод от эмульсий и минеральных масел, красителей и поверхностно-активных веществ.

Методы химической очистки предназначены для перевода загрязненных сточных вод в состояние, безопасное для окружающей среды или удобное для дальнейшей обработки механическими средствами.

Метод флотации основан на физико-химических способах очистки; тонкодисперсированные частицы всплывают в пене реагента и удаляются с поверхности в сборный лоток, а далее - в шлаконакопитель.

Хорошие результаты дает очистка сточных вод от фенолов методом экстракции. Сущность его заключается в образовании композиции, которая с водой не смешивается. В процессе регенерации из полученной композиции выделяют вещество-загрязнитель и пригодный для повторного использования экстрагент. Концентрация фенола в сбросных водах сланцепереработки при применении метода экстракции снижается в 10 раз (остаточная концентрация 60 - 80 миллиграммов на литр).

Перспективно использование ионизирующего излучения. Его источниками могут быть радиоактивные изотопы, отходы атомной энергетики, ускорители электронов. При таком воздействии происходит разрушение молекул вещества загрязнителя, ускоряется седиментация (отстаивание) и коагуляция, устраняются цветность и запах, происходит дезинфекция воды. Бактерицидное действие излучения предотвращает биологические обрастания в технологических системах. В результате разложения получаются углекислый газ, вода, азот и другие экологически безвредные соединения.

Биологически активный метод очистки сточных вод

При биологически активных методах очистки сточных вод в качестве рабочих агентов выступают ил и микроорганизмы, для которых загрязнения стоков - естественная питательная среда. Усиление их жизнедеятельности можно вызвать аэрацией, а при необходимости - добавлением солей азота и фосфора. Процесс очистки ведется в емких проточных резервуарах - аэротенках.

Остаточное содержание фенолов после очистки в аэротенках стоков нефтеперерабатывающих заводов составляет в среднем 0,013 миллиграмма на литр. Повышение степени доочистки стоков от фенолов и других загрязнений физико-химическими методами с 95 - 96 до 99,5 процента в несколько раз повышает стоимость очистных сооружений. Но и в этом случае опасность накопления на дне водоема фенолов, воздействующих на гидробиоценозы и вызывающих вторичное загрязнение водоемов, остается.

Разнообразные вещества входят в состав стоков машиностроительных предприятий: 75 процентов приходится на механические примеси, 20 - составляют масла и нефтепродукты, 5 процентов - химические загрязнения. Наряду с развитием методов биологической и химической очистки разрабатывают и внедряют методы регенерации смазочно-охлаждающих жидкостей, безреагентные методы обработки и регенерации электролитов, содержащих соляную, азотную и фосфорную кислоты, методы обезвоживания, регенерации или утилизации осадка, образующегося при очистке сточных вод.

Технология очистки канализационных сетей городов предусматривает несколько стадий: улавливание габаритных механических примесей и первичный отстой в бассейнах в течение 2 часов, затем биологическая очистка в аэротенках с последующим отстоем и фильтрацией. Эффективность очистки - 95 - 96 процентов, в перспективе - 99 процентов, что потребует значительных капитальных вложений. Для ряда производств современные очистные сооружения (без доочистки воды) уже требуют около 30 процентов общих капиталовложений, для некоторых химкомбинатов - 40, для нефтеперерабатывающих заводов - до 50 процентов.

Особое внимание за последние годы уделяется способам очистки, в результате которых образуются вещества, пригодные для целевого использования без дополнительной обработки или в качестве сырьевого источника получения товарной продукции. Создание и внедрение технологий очистки с получением пригодных для утилизации продуктов позволит не только оздоровить окружающую среду, но и повысить экономическую эффективность процессов обезвреживания отходов.

Важным результатом экономически и экологически целесообразного использования попутных эффектов очистки можно считать получение пригодной для технических целей воды и организацию на этой основе оборотного технического водоснабжения.

Разнообразие предложенных инженерных решений создает широкие возможности выбора наиболее эффективных и выгодных для каждой конкретной производственной ситуации.

Среди водоохранных мероприятий особое место занимает проблема охраны малых рек. Максимально приближенные к мощным потребителям, они не могут сдержать своим потенциалом самоочищения потока техногенных нагрузок. В настоящее время разрабатываются и реализуются схемы охраны малых рек, направленные на предотвращение сброса в них химических загрязнений и отходов животноводства, предупреждение заиления и истощения при регулировании их стока. За прошедшие годы из всех источников финансирования на благоустройство и обеспечение благоприятного режима хозяйствования в поймах малых рек затрачено около 1 миллиарда рублей, включая расчистку, укрепление берегов, обвалование и рекультивацию прибрежных территорий.

Водные ресурсы

Водное хозяйство приобрело функции самостоятельной отрасли. Задача ее - обеспечить потребителей отвечающей конкретным требованиям конечной продукцией - водой. Поэтому должен существовать механизм хозрасчетных отношений, включающий элементы платного водопользования и экономической ответственности за сброс загрязнений в поверхностные и подземные водотоки. Поскольку в общем балансе водопользования значительная доля забот связана с изменением не количества, а качества воды, альтернативные решения предусматривают изыскание высокоэффективных сорбентов, обеспечивающих необходимую глубину очистки, и катализаторов для очистки вод окислением; средств токсикологической оценки потребляемой воды и повышения технического уровня систем оборотного водоснабжения. В водопользовании нарушение установленных норм расхода воды и требований достижения качественных показателей очистки сбросных вод прямо влияет на затраты природоохранного назначения.

Растительный и животный мир

Растительный и животный мир. Удовлетворяя свои потребности в продовольствии и разнообразном техническом сырье, человек вторгается во взаимосвязи живой природы. Сформировавшиеся за исторический период естественные экосистемы с присущими им устойчивостью к внешним воздействиям и эволюционностью развития испытывают принципиально иные, техногенные нагрузки, что при достижении предельного уровня динамического равновесия ведет к перестройке системы с мало прогнозируемыми последствиями. Например, истребление хищников вызывает не увеличение, а сокращение численности промысловых животных; неумеренное применение химических средств борьбы сопровождается вспышкой численности насекомых-вредителей; избыточное поступление органических и минеральных веществ в водоемы ведет к коренной перестройке и эвтрофикации (омертвлению) биологических систем.

Окружающая среда

Чтобы сохранить состояние экологического равновесия, нарушенное вторжением человека в экосистему, приходится использовать разнообразные технические средства. Как любое осуществляемое техническое решение, применение искусственных механизмов поддержания экосистемы в желательном состоянии сопровождается увеличением эксплуатационных расходов. Сюда же следует отнести дополнительные потери, связанные с уничтожением не только вредных, но и других, экологически близких им форм живой природы.

Охрана окружающей среды

Рассматривая альтернативы совместимости экономики и экологии, следует иметь в виду защиту уникальных и редких биологических объектов, создание охраняемых территорий и рациональное использование тех, что представляют ресурсный интерес при условии их естественного воспроизводства или искусственного восстановления. В практических работах по рекультивации земель необходимо больше внимания обращать на диагностирование последствий по характерным сочетаниям нарушений. Отказ от стереотипов и предотвращение узковедомственного подхода позволят избежать ошибок при восстановлении и последующем функционировании экосистем.

Наиболее полной природной экологической системой, связанной с различными сферами хозяйственной деятельности, можно считать лес. За миллионы лет эволюции лесная растительность сформировалась в структуру, устойчивую ко многим неблагоприятным внешним воздействиям и способную восстанавливать нарушенные функции. Однако подчас односторонний взгляд на ресурсные возможности леса снижает его экологические и экономические функции. Главный продукт леса - древесина. Но немалую ценность представляют и другие "услуги" леса. Так, вырубка кедровых лесов сопровождается потерей потенциального ежегодного сбора тысяч тонн кедровых орехов.

Выбросы в атмосферу пыли, различных газов и их влияние на экологию

Включение большей части территории планеты в сферу индустриального хозяйствования сопровождается созданием определенных видов флоры и фауны с использованием целенаправленных методов селекции и отбора.

Влияние экологии на животных

Защита живых организмов от воздействия химических, физических и биологических факторов должна вестись по двум основным направлениям: установить и не превышать уровень допустимых нагрузок, которые преодолеваются природными возможностями нейтрализации и поэтому не оказывают вредного влияния на живой организм и его потомство; развивать у организма защитные реакции против внешних негативных воздействий.

Добиться устойчивости биосферы к возрастающему давлению антропогенных факторов можно повышением устойчивости организмов с помощью специальных препаратов; выведением устойчивых к загрязнителям видов растений и животных селекционными методами; заменой неустойчивых организмов и экосистем, обитающих на территории, подверженной воздействию вредных факторов, экологически равноценными устойчивыми организмами и экосистемами.

Выброс в атмосферу выхлопных газов

Наглядным примером эквивалентной замены экосистем служит подбор трав, кустарников и деревьев для транспортных магистралей и промышленных площадок, при мелиорации территорий и ирригационном строительстве.

Накопленный к настоящему времени практический опыт позволяет судить об эффективности организации искусственных систем и сред обитания растений и животных. Особое место отводится аквакультурам.

Освоение биологических ресурсов ориентируется на переход к искусственному воспроизводству в специально организуемой среде или на создание искусственным путем в естественной среде благоприятных условий для ускоренного развития живых организмов. В растениеводстве это площади с закрытым грунтом (теплицы) или питомники (выращивание ели, сосны, кустарников и т.п.), охраняемые территории с контролируемым развитием определенных видов растений (плантации морской капусты и водорослей). В животноводстве - это молочнотоварные и откормочные комплексы, птицефабрики и фермы по выращиванию пушных зверей, прудовые и садковые на сбросных теплых водах рыбохозяйства или морские мидиевые плантации, охраняемые территории по выращиванию редких копытных животных (сайгаки, зубры), пушных зверей (соболь, бобер), акклиматизации промысловых рыб в новых регионах (горбуша, толстолобик).

Политика сохранения всех имеющихся в природе видов растений, животных, птиц, микроорганизмов даст возможность нашим детям и внукам иметь ресурсную базу для новых технологий и, как следствие, "новых продуктов". Сейчас же мы только подходим к решению вопросов, связанных с использованием биологических ресурсов.

Изучение биологических процессов в природе привело к разработке и внедрению безотходных технологий в перерабатывающие и обрабатывающие отрасли промышленности, которые органически связывают экологические и экономические интересы.

Загрязнение окружающей природы

Например, отходы пищевой промышленности преимущественно органического происхождения, содержащие свыше 2/3 растительной массы, с успехом используются при выработке кормового белка. Стоимость дополнительной продукции, которую можно получать по безотходной технологии только на предприятиях мясной и молочной промышленности, по оценкам специалистов, составляет около 1 миллиарда рублей в год. Все, что не относится к категории продуктов питания, должно идти либо на корм, либо на другие народнохозяйственные нужды. Так, 17 межхозяйственных предприятий Белгородской области ежегодно выпускают из вторичного сырья 15 тысяч тонн сухих молочных продуктов. Использование разработанной Краснодарским НИИ пищевой промышленности схемы позволяет при переработке 1 миллиона тонн сахара-сырца сохранить 5 тысяч тонн редуцирующих Сахаров.

По безотходной технологии работает Феодосийский молокозавод. Здесь используются все компоненты молока, поступающего на переработку. Только сгущенной сыворотки завод выпускает ежемесячно 50 тонн. Сыворотку используют хлебокомбинаты и кондитерские фабрики. Ежемесячно 200 тонн обогащенной сыворотки отправляется на животноводческие фермы.

С прекращением производства плодово-ягодных вин возникла проблема: как наилучшим образом использовать сырье. В Могилевском технологическом институте разработана технология получения из яблочных выжимок - отходов, остающихся после отжатия сока,- яблочно-пектиновой пасты. Из тонны выжимок получается около 2 тонн пасты, содержащей сахара, органические кислоты, минеральные вещества, а главное, пектин - остродефицитное желирующее вещество, без которого нельзя приготовить ни пастилы, ни мармелада. Результаты исследований показали, что добавление этой пасты в зефир позволит экономить до 3 процентов пектина и получать с каждой тонны продукта больше 100 рублей дополнительной прибыли. При этом надо добавить, что по традиционной технологии яблочно-пектиновой пасты вырабатывалось не более 200 тонн в год.

И тем не менее большие количества вторичных продуктов и отходов, остающихся после промышленной переработки сельскохозяйственного сырья в отраслях пищевой промышленности, используются все еще недостаточно. А ведь эти отходы содержат ценные питательные вещества для производства пищевых, кормовых и технических продуктов.

Земля и недра. Земля - базис жизни человека. Недра - основной источник минерального - сырья и среда длительных гидрогеологических процессов.

При общей площади суши 149 миллионов квадратных километров потенциально пригодных под пашню земель около 30 миллионов. В настоящее время используется лишь 17 процентов этой площади. Тенденция к расширению площади пашни сохраняется в основном в развивающихся странах. В большинстве экономически развитых стран количество распаханных территорий в последние годы стабилизировалось. Появляется даже стремление сократить площади под пашню для расширения рекреационных зон, главным образом создания лесопарков и ландшафтных парков. Экономически выгодным считается вложение средств в интенсификацию земледелия, а не в освоение новых земель. Неуклонно продолжается процесс отторжения земель под промышленное и гражданское строительство, инженерные коммуникации. К сожалению,