Реферат: Загрязнение и здоровье окружающей среды

Загрязнение — это нежелательное изменение физических, химических или биологических характеристик нашего воздуха, земли и воды, которое может сейчас или в будущем оказывать неблагоприятное влияние на жизнь самого человека, нужных ему растений и животных, на разного рода производственные процессы, условия жизни и культурное достоя­ние, истощать или портить его сырьевые ресурсы. Загрязнители — это остатки того, что мы производим, используем и выбрасываем прочь. Загрязнение увеличивается не только от того, что с ростом .населения уменьшается доступное для каждого человека пространство, но и от того, что потребности на душу населения непрерывно увеличиваются, так что из года в год каждый из нас выбрасывает все больше и больше. Земля стала более населенной, на ней нет больше места для свалки мусора. То, что служит мусорной корзинкой для одного человека, явля­ется жизненным пространством другого. (К «выбрасываемым прочь» загрязнениям следует добавить те, которые представляют собой неиз­бежные побочные продукты транспорта, промышленности и сельского хозяйства; по мере расширения этих областей деятельности людей воз­растает и загрязнение.)

Мы уже приводили веские основания для утверждения, что в на­стоящее время загрязнение — один из важнейших лимитирующих фак­торов для человека. Усилия, которые сейчас приходится прилагать для уменьшения и предупрежде­ния загрязнения, могут послужить хорошей отрицательной обратной связью, которая предотвратила бы полное разграбление человеком ре­сурсов Земли и тем самым самоуничтожение. Эта проблема существует во всем мире, различаясь лишь в одном аспекте: в развивающихся стра­нах (70% населения земного шара) хронические загрязнения и болезни связаны с испражнениями человека и животных, тогда как в богатых развитых странах (30% населения земного шара) агро-индустриальное химическое загрязнение сейчас выступило на первый план по сравне­нию с органическим. В дополнение к этому глобальное загрязнение воды и воздуха, порождаемое преимущественно развитыми странами, угрожа­ет сейчас каждому. Во всех главах первой части мы все время отмечали значение экологических принципов для понимания причин и для устранения последствий разных форм загрязнения. Чтобы справиться с загрязнением в локальном и глобальном масштабе, необ­ходим экосистемный (целостный) подход; поэтому здесь мы попытаемся дать общий очерк проблемы и кратко изложить те ее разделы, которые особенно привлекают внимание широкой общественности. Реформы и решения в этих особенно критических областях могли бы указать путь к решению проблемы в целом.

Лучшими учебными пособиями по проблеме загрязнения могут слу­жить официальные отчеты, подготовленные Национальной академией наук или Консультативным комитетом по вопросам науки при Прези­денте. Введением в изучение загрязнения воды могут служить книги Хайнеса (1960), Хокса (1963) и Уоррена (1971).

ЦЕНА ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Цена загрязнения слагается из трех компонентов, каждый из кото­рых ложится ужасным и все более тяжелым бременем на человеческое общество: 1) потеря ресурсов в результате эксплуатации с неоправдан­но 'большим количеством отходов, потому, что, как утверждает отчет Национальной академии, «загрязнение — это часто ресурсы, оказавшие­ся не на своем месте»; 2) стоимость ликвидации загрязнения и контроля над ним (фиг. 215, А); обратите внимание, что сейчас дороже всего обходится очистка сточных вод и твердых отходов (отбросов), тогда как в ближайшие 30 лет борьба с гораздо более вредоносными загрязнения­ми от автомобильных двигателей и энергетических установок должна стать в 100 раз дороже, если будет продолжаться безудержный рост городов; цена здоровья людей — этот аспект цены загрязнения — встревожит, вероятно, эгоцентричного по своей при­роде человека больше, чем другие аспекты, которые легко замаскиро­вать на локальном уровне разного рода рассуждениями «цена — выго­да». Фиг. 215, Б дает драматическую картину того, что происходит в Украине в настоящее время: смертность от инфекционных заболеваний круто снижается (кривые / и //), а смертность от связанных с качеством окружающей среды респираторных болезней и рака так же круто идет вверх (кривые /// и IV). В недавнем обзоре учёных НАН Украины о цене здравоохранения в связи с загрязнением воздуха показано, что

Фиг. 215. Цена загрязнении.

А. Предполагаемая стоимость борьбы с первичными загрязнителями в бассейне реки Днепр. Обратите внимание, что основные расходы в 1970 г. связаны с обработкой сточных вод (/) и твердых отходов (//), но к 2000 году затраты на борьбу с загрязнениями, порождаемыми авто­машинами (///), промышленностью (IV) и производством электроэнергии (V), возрастут в 10— 100 раз, если только не будут приняты соответствующие меры. Б. Резкое сни­жение смертности от инфекционных болезней — туберкулеза (/), тифа и дифтерия (//), сопро­вождаемое столь же резким увеличением заболеваний, связанных с загрязнением,—рака легких (///) и других злокачественных новообразований (IV) за период с 1900 по 1960 г. (г. Донецк, 1968),

одно лишь снижение на 50% загрязнения воздуха в городских районах позволило бы сэкономить 20 млрд. грн. в год. Это только стоимость медицинского обслуживания и потерянного по болезни рабочего време­ни; сюда не входит «цена» человеческих страданий или смерти и инва­лидности от автодорожных происшествий и несчастных случаев в про­мышленности. Эти авторы строго обосновали зависимость всех респи­раторных заболеваний от загрязнения воздуха; они даже высказали предположение, что многие данные свидетельствуют о связи с загрязне­нием всей смертности от раковых заболеваний. Многие медики опасают­ся, что по мере увеличения стрессов окружающей среды на организм человека возникнут «неурядицы» с инфекционными болезнями, и не только вследствие понижения сопротивляемости организма, но и потому, что вирусы (которые, по мнению многих, участвуют в возникновении раковых заболеваний) и другие болезнетворные организмы становятся все более устойчивыми к процессам обработки воды и пищевых продук­тов. Обработку воды и переработку отходов (которые до сих пор рас­сматривали порознь) следует объединить в единую восстановительную систему.

ВИДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Классификация загрязнений не менее сложна и запутана, чем клас­сификация озер или других природных явлений. Широ­ко распространены классификации по типам среды (воздух, вода, почва и т. п.) и по загрязняющим факторам (свинец, углекислый газ, твердые отходы и т. д.). О каждом из этих компонентов загрязнения могут быть и будут написаны толстые книги. Однако с точки зрения уменьшения загрязнения в целом (т. е. с экосистемной точки зрения) важно разли­чать прежде всего два основных типа загрязнения.

К первому относятся стойкие (неразлагающиеся) загрязнения — вещества и яды, такие, как алюминиевые банки, соли ртути, фенольные соединения с длинной цепью, ДДТ, которые в естественной среде либо не разрушаются вовсе, либо разрушаются очень медленно. Иными сло­вами, для этих веществ не существует природных процессов, которые могли бы их разлагать с такой же скоростью, с какой они вводятся в экосистему. Такие неразрушающиеся загрязнители не только накап­ливаются, но часто «биологически усиливаются» по мере прохождения в биогеохимических циклах и по пищевым цепям. Кроме того, они могут образовать другие ядовитые вещества, соединяясь с другими вещества­ми окружающей среды. Единственный возможный способ «очистки» от таких загрязнителей — это их изъятие или экстракция из системы жиз­необеспечения окружающей среды, что сопряжено с большими расходами. Подобное изъятие возможно в космических кораблях, но удаление многих таких загрязнителей из биосферы практически не­возможно. Очевидное и разумное решение (которое, однако, легче сфор­мулировать, чем выполнить) состоит в том, чтобы запретить выброс в окружающую среду таких веществ (или хотя бы контролировать его так, чтобы избежать токсичного уровня) или даже совершенно прекра­тить производство таких веществ (т. е. найти легко деградирующие за­менители).

Второй тип — это загрязнители, разрушаемые биологическими про­цессами, такие, как бытовые сточные воды, которые легко разлагаются естественным образом или на городских станциях по очистке сточных вод, где естественные пгроцессы разложения и восстановления усили­ваются. Иными словами, к этой категории относятся вещества, для ко-

ЗАГРЯЗНЕНИЕ И ЗДОРОВЬЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Энергетика, загрязнения

Фиг. 216. Влияние на экосистему загрязнений двух типов — нестойких органических (/) и стойких токсичных (//). Объяснения — в тексте.

торых существуют естественные механизмы .переработки. К ней же мож­но отнести тепло или термальное загрязнение, так как оно рассеивается естественным путем, во всяком случае в пределах, установленных общим тепловым бюджетом биосферы.

Проблемы с разрушающимися загрязнениями возникают тогда. когда их поступление в окружающую среду превышает ее способность разлагать или рассеивать их. Современные затруднения с обработкой сточных вод обусловлены в значительной степени тем, что города растут гораздо быстрее, чем очистные устройства. В отличие от загрязнения токсичными стойкими веществами проблема очистки загрязнений, под­дающихся разложению, технически разрешима посредством сочетания механической и биологической обработки в полуестественных зонах пе­реработки отходов. Опять-таки существуют известные пределы общего количества органического вещества, которое может быть разложено на данной площади, а также всеобщее предель­ное ограничение для количества СО2, освобождаемого в атмосферу. Если мы не хотим перешагнуть за пре­дельные возможности биосферы, то мы должны сохранить для каждого человека примерно 2 га биологически продуктивного пространства суши и пресных вод (плюс океаны).

Различие в воздействии двух основных типов загрязнения на энер­гетику системы показано на фиг. 216. Нестойкие загрязнители, несущие энергию {органическое вещество), или питательные вещества (фосфаты, карбонаты и т. п.), повышают продуктивность экосистемы, если поступают в умеренном количестве (кри­вая /). При повышении поступления до критического уровня часто воз­никают резкие колебания (.например, в цветении водорослей), а даль­нейшее увеличение поступления этих загрязнений приводит к стрессу — система в сущности оказывается отравленной «избытком благ». Быстро­та, с какой в отсутствие должного контроля может произойти переход от хорошего к плохому, вносит дополнительные трудности в распознава­ние загрязнения и воздействие на него (это видно по тому, как круто кривая / идет вниз).Кривая // на фиг. 216 показывает, что токсичные веще­ства с самого начала вызывают стресс и по мере увеличения их количе­ства продуктивность подавляется все больше, однако и в этом случае при постоянном низком уровне их поступления в среду эффект будет трудно обнаружить.

ЭТАПЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

Обычно принято делить обработку нестойких отходов на три ста­дии: 1) предварительная (первичная) обработка — механическое отсеи­вание и осаждение твердых веществ (которые сжигают или закапыва­ют); 2) неполная (вторичная) обработка — биологическое восстановле­ние органического вещества; 3) полная, или окончательная (третичная) обработка, 'которая состоит в химическом удалении фосфатов, нитратов, биогенных и других веществ. Полная трехстепенная обработка жидких отходов показана на фиг. 217. Как уже отмечалось, не­полная обработка осуществляется в биологической системе, в которой микроорганизмы разлагают биологическое вещество таким же образом, как они делают это в почвах и донных осадках. Наиболее распростра­ненная установка представляет собой систему с активным илом, которая при помощи насоса, обычно электрического, производит аэрацию и пере­мешивание. Другая система — это система с капельным фильтром, в которой жидкость после предварительной обработки течет под дейст­вием силы тяжести по камням или сочится по поверхности пластмассо­вого лотка, образующего аэрируемый слой и напоминающего перекат естественной реки. Систему вторичной обработки весьма полезно изучить на практике по экологии; в качестве руководства можно рекомендовать книгу Хокса (1963).

Предварительная и неполная обработка были недавно скомбиниро­ваны в очень компактной установке, которая особенно удобна для при­городов и небольших городов. Следует напомнить, что переработка в меньшем пространстве требует увеличения подводимой мощности (энер­гии) и более высокой квалификации обслуживающего персонала; любая неполадка сопровождается поступлением необработанных сточных вод в окружающую среду. Это вновь служит иллюстрацией принципа, со­гласно которому повышение сложности и эффективности в использова­нии пространства требует увеличения затрат энергии на «откачивание неупорядоченности».

По стоимости сооружения и эксплуатации самыми дешевыми явля­ются окислительные пруды. Это неглубокие водоемы (1 — 1,5м глубины), устроенные так, чтобы поверхность соприкосновения с воздухом была максимальна. Отходы закачиваются на дно пруда, и водоросли, бурно растущие в верхней освещенной зоне, обеспечивают аэрацию.

Фиг. 217. Три стадии обработки сточных вод и других органических отходов.

Многие крупные и мелкие города уже имеют установки для предварительной (первичной) обработки; большинство предполагает начать производить неполную (вторичную) обработку в ближайшие годы. Полную (третичную) обработку необходимо ввести как можно скорее, иначе крупные город захлебнутся своими собст­венными отбросами.

Эти пру­ды действуют как аэробно-анаэробные системы, подобно естественно плодородным лагунам. Применение таких полуестествен­ных устройств требует много места (около 0,5 га на обработку бытовых отходов 100 чел.) и разумного обращения. Производительность их мож­но повысить при помощи дополнительных устройств для механической аэрации. Такие пруды сейчас широко применяют для обработки быто­вых сточных вод в пригородных районах, особенно в теплом климате. Эффективны они также для частичной обработки отходов бумажных и текстильных фабрик, фабрик, выпускающих пищевые продукты, и т. д. Несомненно, что такие пруды будут шире использоваться в буду­щем для переработки отходов с птицеферм и скотных дворов. В настоя­щее время эти отходы животноводства почти не обрабатываются, что является причиной очень серьезного загрязнения водных путей (вспом­ните, что на земле примерно в пять раз больше домашних животных, чем людей, если, так сказать, привести их к одному знаменателю). Следует подчеркнуть, что окислительные пруды производят не полную обработку, а превращение: органическое вещество-загрязни­тель превращается в вещество водорослей и биогенные вещества, кото­рые выносятся в естественную среду, где для них должно иметься адек­ватное пространство и возможность включения в пищевые цепи. Здесь напрашиваются такие решения, как сбор урожая водорослей на корм ско­ту или использование прудовых стоков для аквакультуры, ирригации и других полезных целей, но все это требует дальнейших исследований.

Даже после относительно полной вторичной обработки, сток еще, конечно, сильно загрязнен биогенными веществами и непригоден для прямого использования человеком. В то время как технология вторичной обработки достаточно развита, третичная обработка находится еще главным образом на стадии экспе­риментальных установок. Большинство городов все еще стремится к до­стижению адекватной вторичной обработки, тогда как им следовало бы добиваться полного восстановления путем третичной обработки. Тысячи мелких городов и пригородных районов не производят вообще никакой обработки или в лучшем случае производят только грубую первичную обработку. Как указывалось выше, отходы индустриализованного сель­ского хозяйства почти не обрабатываются. Человек рассчитывает, что третичную об­работку произведет природа, и она могла бы делать это очень эффек­тивно, если предоставить ей достаточно места. Осложнения начинаются после того, как пространство, необходимое для естественной обработки отходов, человек застроит городами, сельскохозяйственными и промыш­ленными предприятиями, которые производят дополнительные загрязне­ния. В результате ему приходится прибегнуть к искусственной третич­ной обработке, которая в несколько раз дороже обычной вторичной обработки. Стефенс и Вайнбергер (1968) приводят сравнительную стои­мость разных стадий обработки отходов:

1) 1000 галлонов рабна 3785 л.

Нижние цифры соответствуют стоимости на крупных предприятиях, об­рабатывающих по 100 млн. галлонов в день. Капиталовложения, тре­буемые для создания установок полной обработки, — порядка 25 млн. долл., а установка для неполной и предварительной обработки обходит­ся в 20 и 10 млн. долл. соответственно. Производство питьевой воды пу­тем полной обработки (полное восстановление) обходится дешевле, чем опреснение (в последнем случае 1000 галлонов стоит не менее 1 долл.) и может вскоре стать дешевле, чем доставка воды по трубам из удален­ных источников; По качеству восстановленная вода была бы лучше той, которую пьют сейчас миллионы городских жителей.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--