1. Общая характеристика взаимоотношений Человека и Природы, их эволюция после начала «промышленной революции» (1750-2000 г)

Вид материала

Документы

Содержание 41. Структура земельного фонда мира. Перспективы расширения пахотного земледелия. Обеспечение удвоения численности населения – д 42. Почвозащитные мероприятия и охрана земельных ресурсов. Рекультивация земель. Повышение эффективности использовании и охрана земель Почвозащитные мероприятия Агротехнические почвозащитные мероприятия Лесомелиоративные почвозащитные мероприятия Рекультивация земель Горнотехнический этап Биологический этап Аграрный ландшафт 44-45 Биосфера Земли. Причины и характер загрязнения биосферы Загрязнение атмосферы Загрязнение гидросферы Загрязнение почвы Загрязнение космического пространства Первичное загрязнение Вторичное загрязнение Локальные загрязнения Механические загрязнения ... Полное содержание

Подобный материал:

• Итоги развития советской психологии в предвоенные годы (в конце 30-х гг.) 13 Общая, 1927.8kb.
• Эрик хобсбаум. Век революции. Европа 1789-1848, 5544.43kb.
• Философские аспекты взаимоотношений человека и природы в условиях глобального экологического, 317.37kb.
• 1 Экологическая доктрина Российской Федерации, 739.58kb.
• Экологическая доктрина российской федерации, 271.42kb.
• Власть и мусульмане среднего поволжья: эволюция взаимоотношений. 1945 2000, 896.56kb.
• Преподаватель Титов Владимир Николаевич, 65.81kb.
• Колониальная политика Англии после буржуазной революции, 66.65kb.
• А. В. Чудинов 200 лет Великой французской революции, 301.1kb.
• Общая характеристика работы актуальность темы исследования, 1181.69kb.

Охрана недр.

В соответствии с основами законодательства Российской Федерации о недрах выделяются первоочередные объекты охраны и защиты, те принципиальные методы и способы защиты, с помощью которых возможно достижение максимального положительного эффекта (табл. 9.8). К охране недр предъявляются следующие требования:

1. Полное и комплексное геологическое изучение недр.

2. Соблюдение установленного порядка предоставления в пользование недр, исключая самовольное.

3. Полное извлечение из недр и рациональное использование запасов основных и совместно залегающих полезных ископаемых и содержащихся в них компонентов.

4. Исключение вредного влияния связанных с пользованием недр на сохранность запасов полезных ископаемых.

5. Охрана месторождений полезных ископаемых от затопления, обводнения, пожаров и других неблагоприятных воздействий, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку.

6. Запрещение необоснованной и самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых и соблюдение установленного порядка использования этих площадей для других целей.

7. Исключение вредного влияния связанных с пользованием недр работ на сохранность эксплуатируемых и находящихся на консервации горных выработок, буровых скважин и подземных сооружений.

8. Запрещение загрязнения недр при подземном хранении нефти, газа и иных веществ, захоронении вредных веществ и отходов производства, а также при сбросе сточных вод. До начала строительства горного предприятия местные органы управления оформляют на основании лицензии специальным актом горный отвод — выделенный участок недр для разрешенной разработки месторождения, регистрируемый в органах Государственного комитета по надзору за безопасным ведением работ в промышленности и горному надзору.

Таким образом, при добыче и освоении полезных ископаемых охрана окружающей природной среды приобретает с каждым годом все большее значение. Для решения данных проблем в России разрабатываются республиканские и региональные программы.

41. Структура земельного фонда мира. Перспективы расширения пахотного земледелия. Обеспечение удвоения численности населения – дорогой предел его роста.

Мировой земельный фонд складывается из земельных ресурсов всех стран, к которым обычно приплюсовывается и площадь Антарктиды. В этом случае его общая площадь принимается равной размерам суши с внутренними водоемами и определяется в 14,9 млрд. га. В статистических же справочниках ФАО приводится площадь суши без Антарктиды и ледниковой Гренландии. Она равняется 13,39 млрд. га. Земельные ресурсы без крупных водных тел представляют собой сухопутные пространства самого различного характера. К ним относятся как территории с хорошо развитым почвенным покровом, так и различные природные и антропогенные пустоши, а также земли под самыми различными антропогенными объектами.

На 10-м Международном конгрессе почвоведов, состоявшемся в 1974 году в Москве, был подведен «баланс» земельных ресурсов нашей планеты. Он, с точки зрения земледелия, выглядит не самым лучшим образом. Скажем прямо — в целом природный и почвенный покров земного шара не очень -то благоприятен для земледелия. Пашня занимает всего 10% территории, луга и пастбища — 17% (рис. 10.2).Остальные 73% почв не используются в сельском хозяйстве. Общий баланс земель мира по Ф. Рамаду (1981) показан на рисунке 10.3, мировая динамика земельного фонда, выраженная в цифрах для основных его подразделений, приведена в таблице 10.2. За период 1961—1983 гг. площадь пашни увеличилась примерно на 0,08 млрд. га, а пастбищ на 0,12 млрд. га. Сократилась облесенность суши на 0,1 млрд. га и на столько же площадь прочих земель.

Несмотря на огромные усилия, прирост площади возделываемых земель не был значителен, и поэтому обеспеченность ими человечества снизилась с 0,45 до 0,31 га/чел. Обеспеченность пастбищными угодьями соответственно упала с 0,98 до 0,67 га/чел., а лесными землями — с 1,35 до 0,87 га/чел., лесистость суши уменьшилась на 4,5 млн. га/год.

Различные части света и страны существенно отличаются по обеспеченности различными видами земельных ресурсов. Около '/,,. площади возделываемых земель находи гея под плантациями; 7₇ площади земель под пашней и плантациями орошается. В составе лесных земель примерно 50% площади — это небольшие открытые пространства без древесной растительности. Среди прочих земель 150—200 млн. га, или 1,1—1,5% всего земельного фонда мира, находятся под городской застройкой, линейными сооружениями и горными разработками. Это так называемые земли специального использования.

Пахотные угодья и плантации занимают самые удобные в оро-1рафическом отношении места. Они приурочены к равнинам, пологим увалам, межгорным котловинам, днищам долин, к крупным конусам выноса. В горах земледелие ведется в ограниченных масштабах. Северная граница устойчивого земледелия находится в полосе с суммой активных температур 1400— 1600°С. В Европе эта граница слегка заходит к северу за шестидесятую параллель. С продвижением в пределы азиатской части России она постепенно опускается к югу до 58° с. ш., в Средней Сибири и до 53° с. ш. и южнее на Дальнем Востоке. В Канаде северная граница существующих районов устойчивого полеводства примерно совпадает с 56° с. ш. Годовая сумма осадков, ограничивающая распространение неорошаемых полей в умеренном поясе, считается равной 200—300 мм, С севера на юг с улучшением гидротермических и почвенных условий в пределах равнин зарубежной Европы, бывшего СССР, Северной Америки увеличивается их распаханность.

Ареал основных пахотных угодий как бы образует клин, сужающийся с переходом из европейской части страны в азиатскую с протяженной довольно узкой вдоль тога в пределах Восточно-Сибирского и Дальневосточного регионов. Наблюдается закономерное уменьшение площади слабоокультуренных земельных угодий (леса, естественные кормовые угодья) в направлении с юга и с севера к лесостепной и степной зонам.

Наиболее хорошо эта закономерность прослеживается в европейской части России. Так, в тундровой, лесотундровой и северотаежных зонах Русской равнины занято под пашней не более 0,1% от общей территории, в среднетаежной зоне — от 2 до 5%, в южно-таежной — 25%, а в лесостепной и степной зонах — 60%. Территория России подразделена на ряд крупных сельскохозяйственных районов. Среди них такие, как Нечерноземье, Центрально-Черноземная зона, Урал, Сибирь и Дальний Восток.

В категорию прочих земель включаются бесплодные пустыни, неиспользуемые продуктивные земли и земли специального назначения, т. е. под застройкой, коммуникациями, аэропортами, горными разработками и т. д. Например, за период с 1970 по 1980 гг. мировая площадь прочих земель возросла с 4,3 до 4,4 млрд. га, или несколько более чем на 2%. Тенденция увеличения площади прочих земель сохраняется и в настоящее время, так как она неразрывно связана с такими процессами, как рост численное™ населения Земли, прогрессирующая урбанизация и увеличение производительных сил. Площадь, занимаемая городами мира, в конце 60-х годов XX в. достигала около 40 млн. га. По статистике ООН, в 1980 году численность горожан достигла 1,Н млрд. человек, а к 2000 году она достигла около 3 млрд. человек. Исходя из этих цифр, урбанизированные территории в 2000 году превысили 100 млн. га. В нашей стране в середине 70-х годов XX в. площадь городов составляла около 10 млн. га. Земли под коммуникациями по своим размерам лишь немного уступают городским. Земли под горными разработками также ощутимо влияют на ресурсы продуктивных угодий. В России и странах СНГ площадь нарушенных земель во второй половине 90-х годов XX в. составляла около 2 млн. га.

В 90-х годах XX в. в Северной Америке на душу населения приходилось 1,62 га пахотной земли, в России — 0,88 га, Западной Европе—0,2, Западной Азии - 0,2, Восточной Азии — 0,32 га.

Имеются расчеты, показывающие, что в среднем на каждого нового человека планеты при существующем уровне урожайности сельскохозяйственных культур требуется 0,4—0,5 гектара для производства пищи и 0,1 га территории под жилище, дороги и другие несельскохозяйственные нужды. В связи с продолжающимся ростом населения на Земле проблема обеспечения его, в первую очередь, продуктами питания будет возрастать, если... если не будет роста урожайности сельскохозяйственных культур, дальнейшего освоения территорий под пашню для расширения посевных площадей.

Общая площадь потенциально пригодных почв для земледелия в мире по разным источникам составляет 3,2-4 млрд. га. Сейчас в обработке находится 1,5 млрд. га. Однако для включения в сельскохозяйственное производство этого резерва потребуются колоссальнейшие вложения труда и средств {рис. 10.6).

42. Почвозащитные мероприятия и охрана земельных ресурсов. Рекультивация земель.

Процессы и явления, снижающие почвенное плодородие, разрушающие земельные ресурсы страны, уменьшающие площадь сельскохозяйственных земель, с некоторой условностью можно разделить на четыре группы.

1. Природные процессы, неблагоприятное воздействие которых на почвенный покров предотвратить нельзя, Это землефясения, извержения вулканов, карсты, оплывание почв на склонах и т. д.

2. Природные процессы, которые человек иногда может в какой-то мере предотвратить или уменьшить их неблагоприятное воздействие на почву. В некоторых случаях хозяйственная деятельность человека активизирует проявление этих природных процессов. Например, боковая речная эрозия, разрушение берегов морей, озер, водохранилищ волнами, осыпи горных пород, сход селей и занос ценных земель селевыми наносами. Первичное засоление почв вследствие испарения грунтовых вод, содержащих большое количество солей, солености почвообразующей породы и других факторов. Проявление смыва и размыва почв, а также бурь при экстремальных сильных ливнях и очень сильных ветрах, имеющих чрезвычайно редкую повторяемость. Наводнения и сопровождающийся при этом смыв пахотного слоя обрабатываемых пойм и занос плодородных почв пойм бесплодным слоем аллювия -— песком, галькой.

3. Природные процессы, интенсивное проявление которых во многом обусловлено неразумной хозяйственной деятельностью человека. Это в первую очередь интенсивный смыв и размыв почвы поверхностным стоком временных водных потоков и погребение плодородных почв балок и долин продуктами эрозии — менее плодородными наносами. Интенсивное выдувание почв и погребение плодородных почв навеянным слоем менее плодородных наносов. Занос почв подвижными песками. Вторичное засоление почв, связанное с избыточным поливом, особенно без дренажа, в аридной зоне, при высокой минерализации грунтовых вод. Заболачивание почв в связи с подъемом грунтовых вод, вызываемым ростом русловых наносов, заполнением водохранилищ и другими причинами.

4. Явления, целиком связанные с хозяйственной деятельностью человека. Это в первую очередь загрязнение почв токсическими выбросами, поступающими в атмосферу при работе промышленных предприятий и транспорта. Разрушение почвенной структуры и очень сильное уплотнение почв в результате чрезмерной обработки почв, особенно тяжелыми машинами. Снижение плодородия от неправильного применения удобрений и пестицидов. Смещение по склону верхнего слоя почвы при вспашке холмистых возвышенностей плугами с односторонним отвалом пласта вниз по склону. Разрушение почвы пастбищных склонов при интенсивной нерегулируемой пастьбе скота. Разрушение почв при трелевке лесоматериала. Разрушение почвенного покрова при разработке месторождений полезных ископаемых. Пересушивание почвы при неправильном проведении осушительных мелиорации. Необоснованное отчуждение ценных сельскохозяйственных земель для использования в других отраслях народного хозяйства.

Вместе с тем приведенное разделение относительно. В связи с особенностями природных условий территории и хозяйственного использования земель некоторые процессы из первой группы могут быть перенесены во вторую и даже в третью и наоборот. В разных регионах страны влияние этих процессов на уровень снижения плодородия почв и разрушения земель различно. В одних районах самым главным бичом является вторичное засоление почв, в других — заболачивание, в третьих — занос сыпучими песками, в четвертых — разрушение почв оползнями. Следовательно, в различных зонах страны должны применяться и разные меры по охране почв от воздействия неблагоприятных процессов, ведущих к снижению плодородия почв, к разрушению земель.

Например, для южного Зауралья, для многих районов Сибири главной опасностью для почв является дефляция. Для северо-западных регионов России основная беда — переувлажнение почв, их заболачивание. Из всех неблагоприятных процессов наибольшее значение имеет в целом для страны защита почв от водной эрозии и ветровой эрозии (дефляции).

Для ответа на вопрос: почему защита почв от ветровой и водной эрозии отнесена к числу важнейших задач? — нужно рассмотреть, какой ущерб наносит или может нанести эрозия почв, если не принять меры по ее предупреждению.

Эрозия представляет собой разрушение и снос почвенного покрова, иногда и почвообразующих пород потоками воды или ветром. При этом разрушается самый верхний, плодородный слой почвы.

Повышение эффективности использовании и охрана земель

Среди почвенных объектов первоочередной охране подлежат целинные эталонные почвы, редкие целинные и освоенные почвы, почвы мемориального значения, почвы опорных пунктов исследовательских учреждений, почвы ключевых учебных полигонов, силь-ноокулыуренные почвы - модели высокого плодородия, почвы -среды обитания растений и животных, включенных в Красную книгу редких и находящихся под угрозой исчезновения видов. К основным формам охраны земель следует отнести заповедники, заказники, используемые как эталоны природы, в научных целях (табл. 10.5).

С выполнением целого ряда мероприятий связано повышение эффективности использования земель. К ним относятся: совершенствование структуры посевных площадей сельскохозяйственных культур; введение и освоение рациональной системы севооборотов; развитие семеноводства и внедрение районированных сортов; применение повторных, пожнивных и других посевов, увеличивающих выход продукции с гектара пашни; борьба с вредителями, болезнями и сорняками; проведение трансформации, мелиорации и улучшения угодий; широкое применение органических и минеральных удобрений; правильной агротехники и рациональное использование сельскохозяйственной техники.

Почвозащитные мероприятия должны проводиться в комплексе. Комплексность определяется мелиоративно эффективным и экономически целесообразным сочетанием четырех групп почвозащитных мероприятий: организационно-хозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических. Организационно-хозяйственные мероприятия включают установление правильного сочетания и взаимоувязанного размещения на местности необходимых организации территории (границ, полей, дорог и т. д.) и остальных грех 1рупп почвозащитных мероприятий с учетом природно-экономических условий хозяйства.

Агротехнические почвозащитные мероприятия проводятся во всех зонах и при любых природно-экономических условиях и подразделяются на следующие подгруппы:

1. Фитомелиоративные, включающие в себя приемы по защите почв от эрозии путем высева однолетних и многолетних трав (рациональная система севооборотов, совершенствование в них сортового состава культур, контурный и полосный посев, применение пожнивных, поукосных и других вариантов совмещенных посевов, поверхностное и коренное улучшение кормовых угодий и т. д.).

2. Приемы почвозащитной обработки почв. Они подразделяются на приемы, увеличивающие скорость впитывания влаги в почву путем улучшения ее водопроницаемости и увеличения емкости почвенных пор (глубокая вспашка и рыхление, щелевание, кротование и т. д.); приемы, снижающие скорость стекания воды, задерживающие ее в микропонижениях путем создания микрорельефа и шероховатости почвы (обвалование и бороздование, лункование, микролимирование и т. д.); приемы, снижающие силу ветра в приземном слое (плоскорезная обработка, посев по стерне и т. д.).

3. Снегозадержание, и регулирование снеготаяния (посев кулис, валкование, укатка и полосное зачернение снега и т.д.).

4. Агротехнические приемы повышения плодородия эродированных почв, основанные на внесении повышенных норм органических, минеральных и бактериальных удобрений, микроудобрений, известковании кислых и гипсовании засоленных смытых почв.

5. Агрофизические приемы повышения противоэрозионной устойчивости почв, основанные на их обработке полимерами-структурообразователями и латексами, внесение различных препаратов.

Лесомелиоративные почвозащитные мероприятия заключаются в посадке лесных полос и массивов. В зависимости от почвозащитного значения они подразделяются на приводораздельные, водорегулирующие, полезащитные, прибалочные и приовражные лесные полосы, массивные лесонасаждения на склонах, по дну оврагов и балок, в песках, меловых обнажениях и других участках, не пригодных для использования в сельском хозяйстве и т.д.

Рекультивация земель

Земли, на которых в результате хозяйственной деятельности изменены гидрологический режим и рельеф местности, разрушен и загрязнен почвенный покров, уничтожена растительность, называют нарушенными. Расширение добычи полезных ископаемых, особенно открытым способом, привело к образованию в стране обширных площадей нарушенных земель. Нарушение природных ландшафтов горно-рудной промышленностью сопряжено с нанесением окружающей среде огромного ущерба.

Все нарушенные территории делят на две группы:

— земли с насыпным грунтом — промышленные отходы, отвалы подземных горных разработок (терриконы);

— территории, поврежденные в результате выемки грунта — карьеры и отвалы при открытых горных работах, провалы на месте подземных разработок.

Карьеры после открытой добычи также делятся в зависимости от метода разработки и геологии местности по глубине и виду полезного ископаемого. Отдельные карьеры занимают площади до 2—3 тыс. га. Их глубина достигает 100—-200 м и более. Нарушенные участки оказывают неблагоприятные воздействия на территорию, примерно в 10 раз превышающую площадь очагов непосредственного нарушения. Во многих случаях отработанные участки превращаются в бросовые земли, а хаотическая поверхность их часто напоминает индустриальные пустыни. Так, в Центрально-Черноземном районе Европейской части России природа соединила замечательные сокровища: плодороднейшие почвы (толщина черноземов достигает здесь 1 - 1,5 м) и богатейшие запасы железных руд (Курская магнитная аномалия). Как гигантские шрамы рассекают карьеры землю: в 80-х годах XX в. на глубину 100-130м, а в конце XX в. проектная глубина горных работ должна была достигнуть 400 - 500 метров. Отвалы высотой 40 - 60 м изменили прежде равнинный рельеф района КМА.

Для использования нарушенных земель в хозяйственных целях необходимо их восстановление. Процесс восстановления нарушенных земель называют рекультивацией. Восстановление территорий осуществляется в четырех направлениях: для сельскохозяйственного использования (земледелие, животноводство), под лесные насаждения, под водоемы, жилищное и капитальное строительство. Обычно выделяют два этапа рекультивации: горнотехнический и биологический (рис. 10.29).

Горнотехнический этап состоит в подготовке территории: планировка отвалов, придание удобной для использования формы, насыпание плодородных грунтов, создание подъездных путей и т. д.

Биологический этап заключается в восстановлении нарушенных земель путем выращивания сельскохозяйственных культур или посадки древесных пород.

Установлено, что при горизонтальном залегании полезных ископаемых можно возвращать в пахотные угодья до 70 - -85% всей нарушенной площади с продуктивностью рекультивированных земель на уровне исходных зональных почв, а в отдельных случаях даже превышать ее. Условием для успешной рекультивации земель является обоснование мощности снятия плодородного слоя почвы с участков, отводимых под горные разработки. Необходимо снимать наиболее плодородную часть почвенного профиля мощностью 45-60 см, например, обыкновенных черноземов.

Технологию создания рекультивированных земель I целесообразно осуществлять таким образом, чтобы верхний плодородный слой укладывать на подготовленную, предварительно спланированную поверхность промышленных отвалов. Лучше всего складировать эту массу в отдельные штабеля или бурты высотой 5 —15 м. При длительном хранении их засевают многолетними бобовыми травами. Для восстановления почв рекомендована мощность почвенного слоя в 40—60 см как обеспечивающая урожаи зерновых культур на уровне ненарушенных земель.

Для месторождений с неглубоким залеганием от поверхности полезных ископаемых (15—30 м) применяют двухъярусную выемку и укладку нарушенной горной массы, в соответствии с которой неблагоприятные и малопродуктивные отложения отсыпаются в нижнюю часть отработанной части карьера, а благоприятные - на поверхность промышленных карьеров.

На рекультивированных землях рекомендованы: парозернопропашные и травянозернопропашные севообороты. Парозернопропашные севообороты вводят на рекультивированных землях с насыпным плодородным слоем 40—60 см, травянозернопропашные -— на рекультивированных землях с меньшим плодородным слоем.

На рекультивированных землях необходимо вносить органические и минеральные удобрения в дозах на 20—30% выше, чем на рядом с ними расположенных старопахотных землях.

На рекультивированных землях целесообразно выращивать сады, размещать лесные насаждения, кормовые и лекарственные травы и т. д..

В 90-х годах XX столетия на Камыш-Бурунском железорудном горном комбинате ежегодно рекультиви- ровалось не менее 30 га нарушенных земель. На таких землях урожайность зерновых культур не только полностью восстанавливалась, но и нередко была выше, чем на естественных сельхозугодиях.

В соответствии с видом хозяйственного использования различаются рекультивированные типы местности карьерно-отвального типа ландшафта: пастбищный рекультивируемый, лесной, полевой, озерно-парковый. На основании многолетнего опыта работ Л. В. Моторина, В. А. Овчинников (1975) предложили схему клас-

сификации природно-техногенных ландшафтов, в которой учитывается роль как природных, так и антропогенных факторов в формировании этого вида ландшафта (рис. 10.33)

Классификация, несмотря на ряд спорных положений, имеет большое значение в систематизации различных техногенных форм нарушения поверхности. Такая типология позволит в будущем дифференцировать различные ландшафты по возможности их использования для проведения работ по рекультивации.

В России в 80—90-х годах XX в. было рекультивировано более 0,5 млн. га. «В Челябинской области,— писал Н. Терешко (1977), — с ранней весны до поздней осени на Бускульском, Кичигинском, Увельском карьерах, на Коркинских и Копейских отвалах, на Миасских золотых приисках не смолкает шум тракторов. Идет рекультивация земли. К каждой осени в строй возвращается несколько сотен гектаров земли. Но к каждой осени из строя выходит еще несколько тысяч. Количество ран на земле пока не уменьшается...».

«Пройдут века...» — эти слова вряд ли бы написал поэт в конце XX века. В процессе развития общества меняются характер и масштабы воздействия человека на природу. С возникновением оседлого сельского хозяйства в начале неолита (3—8-е тысячелетия до н. э.) воздействие человека на биосферу по сравнению с кочевым хозяйством увеличивается во много раз. В освоенных человеком районах начинается быстрый рост населения. Разрабатываются приемы и способы обработки земли для возделываемых культур, совершенствуется технология содержания скота, Прошедшие преобразования называют второй технической революцией. Развитие сельского хозяйства во многих случаях сопровождалось полным искоренением первоначального растительного покрова на обширных пространствах, освобождалось место для незначительного количества видов растений, отобранных человеком, наиболее пригодных для питания. Эти виды растений постепенно окультуривались и организовывалось их постоянное возделывание (рис. 7.7).

Распространение сельскохозяйственных культур оказало 01ром-нейшее, нередко катастрофическое влияние на наземные экосистемы. Уничтожение лесов на обширных территориях, нерациональное использование земель умеренных и тропических зон безвозвратно разрушило исторически сложившиеся здесь экосистемы. Вместо естественных биоценозов, экосистем, ландшафтов появились агросфера, агроэкосистемы, агроценозы, аграрные ландшафты и т. д.

Агросфера — глобальная система, объединяющая всю территорию Земли, преобразованную сельскохозяйственной деятельностью человека.

Агроэкосистемы — экосистемы, измененные человеком в процессе сельскохозяйственного производства. Это сельскохозяйственные поля, огороды, сады, виноградники, полезащитные лесные полосы и т. д.

Основой агроэкосистем являются агроценозы.

Агроценозы — биоценозы на землях сельскохозяйственного пользования, созданные с целью получения сельскохозяйственной продукции, регулярно поддерживаемые человеком биотические сообщества, обладающие малой экологической надежностью, но высокой продуктивностью (урожайностью) одного или нескольких избранных видов (сортов, пород) растений или животных.

Аграрный ландшафт — экосистема, сформировавшаяся в результате сельскохозяйственного преобразования ландшафта (степного, таежного и т. д.),

Агроэкосистемы до начала XX в. по М.С. Соколову и др. (1994) были еще достаточно разнообразны: целинные земли, леса, ограниченные районы многоотраслевого оседлого хозяйства характеризовались незначительным изменением мест обитания.Агроэкосистемы имели своих первичных производителей (дикорастущие растения), которыми человек питался непосредственно или косвенно через дичь, домашних животных. Первичные производители- автотрофы обеспечивали человека растительным волокном, лесоматериалами. Человек являлся основным консументом этой экосистемы, в которой имелось также значительное число диких и домашних животных, обладающих большой суммарной массой. Вея потребляемая человеком продукция трансформировалась в отходы (отбросы), разрушаемые и перерабатываемые редуцентами или деструкторами до простых веществ (нитраты, фосфаты, другие минеральные соединения), которые вновь использовались автотрофами в процессе фотосинтеза.

Самоочищение земель и вод здесь осуществлялось полностью, и круговорот веществ в экосистеме не нарушался. Приток солнечной энергии, получаемой человеком в виде химической энергии в процессе обмена веществ при питании (около 4000 ккал/сут. на одного человека), равнялся примерно такому же количеству энергии, которую человек использовал в виде тепловой (сжигание дров) и механической (тягловая сила) энергии.

До XIX в. в процессе аграрной цивилизации использовалась энергия, которая была накоплена в течение одного вегетационного периода первичными консументами, а также аккумулированна в течение многих лет деревьями. Общее же количество используемой одним человеком энергии (около 22000 ккал/сут.) лишь вдвое превышало энергопотребление человеком неолита (около 10000 ккал/сут.).

Таким образом, при становлении аграрной цивилизации экосистема человека имела высокий уровень гомеостаза. Несмотря на антропогенное изменение или замещение экосистем, деятельность человека вписывалась в биогеохимический круговорот и не изменяла притока энергии в биосферу.

Необратимые, глобальные изменения биосферы Земли под влиянием сельскохозяйственного производства резко усилились в XX столетии. В 70-90-х годах XX в. внедрение интенсивных технологии (монокультура, высокопродуктивные, но незащищенные сорта, агрохимикаты) сопровождалось водной и ветровой эрозией, вторичным засолением, почвоутомлением, деградацией почв, обеднением эдафона и мезофауны, уменьшением лесистости, увеличением распаханности и т. д.

44-45 Биосфера Земли. Биосфера, по определению В. И. Вернадского, - наружная оболочка (сфера) Земли, область распространения жизни (bios -жизнь). По последним данным, толщина биосферы 40...50 км. Она включает нижнюю часть атмосферы (до высоты 25...30 км, до озонового слоя), практически всю гидросферу (реки, моря и океаны) и верхнюю часть земной коры - литосферу (до глубины 3 км). Важнейшими компонентами биосферы являются: живое вещество (растения, животные и микроорганизмы); биогенное вещество (органические и органоминеральные продукты, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории - каменный уголь, нефть, торф и др.); косное вещество (горные породы неорганического происхождения и вода); биокосное вещество (продукт синтеза живого и неживого, т. е. осадочные породы, почвы, илы).

Отличительная и определяющая особенность биосферы состоит в ее целостности и населенности жизнью. Живое вещество Земли представляет собой самую мощную силу в биосфере, материально и энергетически определяющую ее функции. В результате непрерывного взаимодействия (обмена) между компонентами биосферы под влиянием живого вещества изменяются как населяющие биосферу организмы, так и среда, в которой они живут. Благодаря живому веществу поддерживаются взаимосвязь и взаимообусловленность всех компонентов в биосфере. Эта многосторонняя и разнообразная связь определяет биосферу как гигантскую экологическую систему, в которой человек является, с одной стороны, биологической частицей всей системы, а с другой -активным ее преобразователем.

Неуправляемо возрастающая техническая и энергетическая вооруженность человека отрицательно влияет на сбалансированность процессов в биосфере. Поэтому сегодня глобальной задачей человечества является определение и осуществление допустимых пределов воздействия на биосферу в целях предотвращения экологической катастрофы.

Представление о жизни как о сплошной «пленке» живого вещества, покрывающего Землю, сформировал в XVIII в. Ламарк, а в 1920-х годах советский геохимик В.И. Вернадский предложил научное обоснование биосферы. Он доказал, что все три оболочки Земли связаны с живым веществом, которое непрерывно воздействует на неживую природу.

Биосфера - гигантская экологическая система, в которой человек выступает и как ее частица и как ее преобразователь. Конечная цель человека - управление всеми процессами в биосфере, преобразование ее в ноосферу - сферу разума.

Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной деятельности и передачи информации, способ использования энергии. Живые существа улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают ее в виде энергии сложных органических соединений (биомасса), передают ее друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электрическую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеивают энергию.

Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере.

Все почвы и минералы поверхности (чернозем, глина, известняк, руда, месторождение углей и нефти) образовались под воздействием жизни.

Преобразование энергии в организмах основано на разнице температуры и других принципах. Живые существа следует рассматривать как химические машины, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Другая особенность живых организмов - это их способность к самовоспроизведению. Итак, к особенностям функционирования живых существ относятся:

• способность к самовоспроизведению;
  
• способность образования полимерных оболочек, ограждающих живое вещество от косной среды;
  
• способность аккумулировать и передавать химическую энергию, а также осуществлять химические реакции в нормальных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экологична.
  

В заключение остановимся на эволюции биосферы - самой большой экосистемы Земли. На первом этапе (примерно 3 млрд лет тому назад) происходило образование органического вещества в результате синтеза в абиотических процессах. Атмосфера Земли состояла из водорода, азота, окиси углерода, метана; содержала вредный для жизни хлор и пр., не содержала кислорода. Ультрафиолетовое излучение (озона тогда не было) вызвало химическую реакцию, в результате которой появились аминокислоты - сложные молекулы органических веществ. Сформировались анаэробные организмы, которые находились под водой.

За счет их деятельности через миллиард лет появился кислород, который частично превратился в озон и защитил Землю от ультрафиолетового излучения. Далее жизнь распространилась по суше, содержание кислорода в атмосфере достигло 3...4% - это около 1 млрд лет назад. Еще примерно 700 млн лет спустя содержание кислорода увеличилось до 8%, образовались многоклеточные организмы. Произошел взрыв жизни: появились водоросли, моллюски, кораллы. Началось связывание энергии путем фотосинтеза, резко возросло количество кислорода. Когда около 400 млн лет назад его количество достигло 20%, возникли крупные организмы. Были периоды (в конце палеозоя) увеличения углекислого газа и уменьшения кислорода (парниковый эффект), но все в конце концов восстановилось.

Вероятно, жизнь, меняя только форму, сама создала для себя необходимые условия (в частности, наличие кислорода). Биосфера представляет собой единый организм. В жизни природы, в Космосе не человек является главной целью мироздания. В мире нет человека и природы, нет человека и Космоса, человека и Вселенной. Есть природа, Космос, Вселенная, а человек - только их маленькая частица, единственная возможность для человека выжить - это подчиняться законам Вселенной. Как писал знаменитый английский философ XVII в. Фрэнсис Бэкон, «Мы не можем управлять природой иначе, как подчиняясь ей». В этом предназначение человека XXI в.

Причины и характер загрязнения биосферы

Загрязнение биосферы - одна из древнейших проблем человеческой цивилизации. Сформулируем основные экологические принципы естественного устройства биосферы.

1. Биосфера использует внешние источники энергии, не вызывая загрязнения окружающей среды.
   
2. Биосфера использует вещество в основном в форме круговоротов, не накапливая вредных отходов.
   
3. В биосфере существует огромное многообразие видов и биологических сообществ, при этом доминирующие виды отсутствуют, биосфера защищена от чрезмерной опасности со стороны внутренних факторов.
   

Рост хозяйственной деятельности человека нарушает основные принципы естественного устройства биосферы: энергетический баланс, сложившийся круговорот веществ, многообразие и единство биологических сообществ. Человек активно вмешивается в экологические круговороты, используя в своих целях вещество планеты с очень невысокой эффективностью, с образованием большого количества отходов. В биосфере нарушается естественный баланс элементов. Чтобы обеспечить жизнь одного человека, ежегодно из Земли извлекается 20 т сырья, при этом количество полезного продукта составляет не более 2% используемых природных ресурсов.

Опасность для биосферы состоит в следующем:

• использование человеком преимущественно внутренних по отношению к биосфере источников энергии (органическое топливо);
  
• использование нерациональных хозяйственных циклов, приводящих к появлению отходов;
  
• использование вредных для природы синтетических веществ;
  
• уничтожение человеком структурного многообразия биосферы, что разрушает экосистемы.
  

Появление новых болезней - реакция биосферы на вмешательство человека.

Исходя из приведенного определения, загрязнения природной среды классифицируют по большому числу факторов, основные из них систематизированы (рис. 1.2).

По характеру возникновения загрязнения подразделяют на естественные и антропогенные. Естественные загрязнения возникают в результате природных, как правило, катастрофических процессов (например, мощное извержение вулкана, селевой поток и т.п.), вне всякого влияния человека на эти процессы, антропогенные - в результате хозяйственной деятельности человека. Интенсивность антропогенных загрязнений непосредственно связана с ростом численности населения земного шара и в первую очередь с развитием крупных промышленных центров.

Антропогенные загрязнения подразделяются на промышленные, сельскохозяйственные и военные. Промышленные загрязнения вызываются отдельно взятым предприятием или их совокупностью, а также транспортом. Сельскохозяйственные загрязнения обусловлены применением пестицидов, дефолиантов и других агентов, внесением удобрений в количествах, не усваиваемых культурными растениями, сбросом отходов животноводства и другими действиями, связанными с сельскохозяйственным производством. Военные загрязнения возникают в результате работы предприятий военной промышленности, транспортировки военных материалов и оборудования, испытания образцов оружия, функционирования военных объектов и всего комплекса военных средств в случае ведения военных действий. Последствия войны с применением атомного оружия могут привести к апокалипсису - «ядерной зиме».

Различают загрязнения атмосферы, гидросферы, почвы, космического пространства, а по объекту воздействия - загрязнения фауны, флоры, людей, материалов и конструкций.

Загрязнение атмосферы - привнесение в воздух или образование в нем химическими веществами или организмами физических агентов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям, а также образование антропогенных физических полей.

Загрязнение гидросферы - поступление в воду загрязнителей в количествах и концентрациях, способных нарушить нормальные условия среды в значительных по размерам водных объектах.

Загрязнение почвы - привнесение и возникновение в почве новых, обычно не характерных для нее физических, химических или биологических агентов, которые меняют ход почвообразовательного процесса (тормозят его), резко снижают урожайность, вызывают накопление загрязнителей в растениях (например, тяжелых металлов), из которых эти загрязнения прямо или косвенно (через растительные или животные продукты питания) попадают в организм человека.

Загрязнение космического пространства - общее засорение околоземного и ближнего космического пространства космическими объектами. Наиболее опасно радиоактивное загрязнение из-за вывода на орбиты и разрушения ядерных реакторов, кроме того «космического мусора», который вносит помехи в нормальное функционирование наземных радиотехнических и астрономических приборов.

По характеру воздействия загрязнения подразделяют на первичные и вторичные.

Первичное загрязнение - поступление в окружающую среду непосредственно загрязнителей, образуемых в ходе естественных природно-антропогенных и чисто антропогенных процессов.

Вторичное загрязнение - образование (синтез) опасных загрязнителей в ходе физико-химических процессов, идущих непосредственно в окружающей среде. Так, из нетоксичных составляющих в некоторых условиях образуются ядовитые газы - фосген; фреоны, химически инертные у поверхности Земли, вступают в стратосфере в фотохимические реакции, вырабатывая ионы хлора, служащие катализатором при разрушении озонового слоя (экрана) планеты. Отдельные реагенты такого взаимодействия могут быть неопасными.

По продолжительности воздействия загрязнения подразделяются на кратковременные и долговременные.

По масштабу воздействия различают локальные, региональные и глобальные загрязнения. Локальные загрязнения охватывают небольшие территории, обычно вокруг промышленного предприятия, населенного пункта и т.п. Выделяют точечные и распределенные источники загрязнения. Региональные загрязнения выявляются в пределах значительных пространств, но не всей планеты. Глобальные загрязнения обнаруживаются в любой точке планеты далеко от их источника, охватывают большие пространства с угрозой для жизнедеятельности большого количества людей и организмов.

По механизму воздействия загрязнения подразделяются на механические, физические (тепловые, световые, акустические, электромагнитные), химические, радиационные, биологические (биотические, микробиологические).

Механические загрязнения - засорение среды агентами, оказывающими главным образом неблагоприятное механическое воздействие на естественные и искусственные объекты.

Физические загрязнения связаны с изменением физических параметров среды: температурно-энергетические (тепловые), волновые (световые, акустические, электромагнитные), радиационные (радиационные, радиоактивные).

Тепловые (термальные) загрязнения обусловлены повышением температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов (продукты сгорания, выбрасываемые в дымовую трубу) и вод. Могут возникать и как вторичный результат изменения химического состава среды (например, парниковый эффект - постоянное потепление климата на планете в результате накопления в атмосфере углекислого и других газов (метана, фтор- и хлоруглеродов), которые аналогично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому тепловому излучению уходить с поверхности Земли).

Световые загрязнения вызваны нарушением естественной освещенности местности в результате действия искусственных источников света и могут приводить к аномалиям в жизни растений и животных.

Акустические загрязнения связаны с превышением естественного уровня шума и ненормальным изменением звуковых характеристик в населенных пунктах и других местах вследствие работы транспорта, промышленных установок, бытовых приборов, поведения людей или других причин.

Электромагнитные загрязнения возникают в результате изменения электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных установок и т.п.), приводят к изменениям в тонких клеточных и молекулярных биологических структурах.

Радиоактивные загрязнения обусловлены превышением естественного уровня содержания радиоактивных веществ в среде. Их последствием является радиационное загрязнение, вызванное действием ионизирующих излучений.

Биологические загрязнения вызваны проникновением (естественным или благодаря деятельности человека) в эксплуатируемые экосистемы и технологические установки видов организмов, чуждых данным сообществам и установкам и обычно там отсутствующих. Выделяют биотические и микробиологические загрязнения.

Биотические (биогенные) загрязнения связаны с распространением определенных, как правило, нежелательных с точки зрения людей биогенных веществ (выделений, мертвых тел и т.п.) на территории и (или) акватории, где они ранее не наблюдались.

Микробиологические (микробные) загрязнения возникают из-за появления в среде необычно большого количества микроорганизмов, связанного с массовым их размножением в средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека.

46-47 Загрязнение окружающей среды промышленными предприятиями и защита от загрязнений

Современное машиностроительное предприятие, как правило, включает несколько цехов и производств, таких как литейные, заготовительные, кузнечно-прессовые и механические цехи, цехи термической обработки и гальванопокрытий, сварочные и окрасочные цехи, участки пайки и лужения, сборочные и деревообрабатывающие цехи и ряд других. Иногда в состав предприятия также входят испытательные станции, цехи по производству и обработке неметаллических материалов, котельные и другие вспомогательные подразделения.

Наиболее крупными источниками пылегазовыделений в атмосферу являются литейные цехи, а именно: вагранки, электродуговые и индукционные печи, участки складирования и переработки шихты и формовочных материалов, участки выбивки и очистки литья. При плавке 1 т металла в открытых чугунолитейных вагранках выделяется от 900 до 1200 м3 колошникового газа, который загрязняет атмосферу оксидами углерода (СО), диоксидами серы (SOX) и азота (NOX), парами масла, полидисперсной пылью (табл. 7.1) и др., параметры и состав которых приведены в табл. 7.2.

Химический состав ваграночной пыли зависит от состава металлозавалки, топлива, условий работы вагранки и может колебаться в следующих пределах (ма%. доли, %):

В закрытых чугунолитейных вагранках производительностью 5...10 т/ч на 1 т выплавленного чугуна приходится 11...13 кг выделяющейся пыли, 190...200 кг оксида углерода, 0,4 кг диоксида серы, 0,7 кг углеводородов и др., при этом концентрация пыли в отходящих газах составляет от 5 до 20 г/м3.

Характеристики выбросов загрязняющих веществ от электродуговых печей при выплавке стали приведены в табл.7.3.

Химический состав пыли таких выбросов зависит от марки выплавляемой стали и находится в следующих пределах (мае. доли, %):

остальное приходится на хлориды, оксиды хрома и фосфора.

Средний фракционный состав пыли при размере частиц до 2 мкм составляет более 50%, от 2 до 4 мкм - более 20%, от 4 до 10 мкм лежит в диапазоне от 2 до 6% и при размерах частиц более 10 мкм достигает 9%.

При плавке стали в индукционных печах выделяется незначительное количество газов, а также в 5...6 раз меньше крупной пыли по сравнению с электродуговыми печами.

В процессе литья из формовочных смесей выделяются бензол, фенол, формальдегид, метанол и другие токсичные вещества, количество которых зависит от многих факторов, сопровождающих технологический процесс, и в особенности от марки связующего (табл. 7.4).

Значительными выделениями пыли и газов в атмосферу сопровождаются процессы очистки и обрубки литья, приготовления, переработки и использования шихты и формовочных материалов. Так, работа пескоструйных и дробеструйных камер, очистных барабанов и столов создает концентрацию пыли в воздухе, отводимом от них, от 2 до 15 мг/м³. Содержание пыли, включающей диоксид кремния, при размоле материалов на шаровых мельницах и дробилках составляет от 5 до 12 мг/м³.

В кузнечно-прессовых и прокатных цехах при нагреве и обработке металла выделяются пыль, кислотный и масляный аэрозоль, оксид углерода, диоксид серы и др.

При прокатке пыль образуется главным образом в результате измельчения окалины валками, при этом около 20% пыли имеет размер частиц менее 10 мкм. Выброс пыли из цеха составляет в среднем 200 г на 1 т готового проката. Если в процессе проката применяется огневая зачистка поверхности заготовки, то выход пыли возрастает до 500...2000 г/т с большим количеством мелкодисперсной пыли, состоящей на 75...90% из оксидов железа.

Средний фракционный состав пыли:

При травлении горячекатаной полосы в серной и соляной кислотах их содержание в воздухе, выбрасываемом вентиляцией, составляет 2,5...2,7 г/м3.

При использовании в кузнечно-прессовых цехах плазменных печей в атмосферу выбрасываются оксиды углерода, серы, азота и другие продукты сгорания. Такие выбросы характерны для всей общеобменной вентиляции кузнечно-прессового цеха. Так, от пролетов с молотами выбросы оксида углерода составляют 7 кг на 1 т топлива (газ или мазут), диоксида серы -5,2 кг/т (мазут); от пролетов с прессами и ковочными машинами соответственно 3 и 2,2 кг/т.

Механическая обработка металлов на станках в механических цехах сопровождается выделением пыли, стружки, туманов масел и эмульсий, которые через вентиляционную систему выбрасываются в окружающую среду (табл. 7.5).

Пыль, образующаяся в процессе абразивной обработки, состоит на 30...40% из материала абразивного круга, на 60...70% -из материала обрабатываемого изделия. Количество выделяющейся пыли зависит от размеров и твердости обрабатываемого материала, диаметра и окружной скорости круга, а также способа подачи изделия. Так, для круглошлифовальных станков выделение пыли лежит в диапазоне от 100 до 300 г/ч.

Пыль заточных станков инструментального цеха имеет частицы следующего дисперсного состава.

Значительное выделение пыли наблюдается при механической обработке древесины, стеклопластиков, графита и других неметаллических материалов. Так, при обработке текстолита, стеклоткани, карболита и органического стекла выделение пыли колеблется в пределах, приведенных в табл. 7.6.

При механической обработке полимерных материалов одновременно с пылью могут выделяться пары различных химических веществ и соединений (фенола, формальдегида, стирола и др.). входящих в состав обрабатываемых материалов.

В машиностроении широкое применение находят стеклопластики, которые содержат стекловолокнистый наполнитель и связующие смолы (ненасыщенные полиэфирные, фенолоформальдегидные, эпоксидные). При этом происходит выделение вредных паров таких веществ, как стирол, толуол, малеиновый ангидрид,гипериз, ацетофенон.

Производство эбонитовых изделий сопровождается выбросом в атмосферу SO,, CO, H₂S, паров бензина, толуола, глицерина, пыли. Особенно много вредных выбросов происходит в процессе производства пластмасс, синтетических волокон и т. п.

Воздух, удаляемый из термических цехов, обычно загрязнен парами и продуктами горения масла, аммиаком, цианистым водородом, оксидом углерода, оксидами азота, соединениями хлора и фтора и другими веществами, поступающими в систему местной вытяжной вентиляции от ванн и агрегатов для термической обработки. Источниками загрязнений также являются нагревательные печи, работающие на жидком и газообразном топливе, а также дробеструйные камеры. Концентрация пыли в воздухе, удаляемом из дробеструйных камер, где металл очищается после термической обработки, достигает от 2 до 7 г/м³. В воздухе, отводимом от масляных ванн, содержатся пары масла, масса которых составляет до 1% массы металла. При цианировании один агрегат выделяет до 6 г/ч цианистого водорода.

Воздух, удаляемый из гальванических цехов, содержит вредные вещества, находящиеся в виде пыли, тонкодисперсного тумана, паров и газов. Наиболее интенсивно вредные вещества выделяются при кислотном и щелочном травлении (табл. 7.7).

При воронении, фосфатировании, анодировании, хромировании, никелировании, цинковании и других подобных процессах образуются различные вредные вещества. Например, при фосфатировании изделий выделяется фтористый водород, концентрация которого в отводимом воздухе достигает 1,2... 15 г/м'. Концентрации таких вредных веществ, как НС1, H2SO4, HCN, Сг2О3, NO2, NaOH и др., в удаляемом от гальванических ванн воздухе колеблются в значительных пределах.

При проведении подготовительных операций в гальванических цехах, таких, как механическая очистка, шлифование, полирование, обезжиривание поверхностей, выделяются пыль, пары бензина, керосина, трихлорэтилена, туманы щелочей. Дисперсный состав туманов включает частицы размером 5...6 мкм при травлении. 8... 10 мкм при хромировании и 5...8 мкм при цинковании.

На участках сварки и резки металлов состав и масса выделяющихся вредных веществ зависят от вида и режимов технологического процесса, свойств применяемых сварочных и свариваемых материалов. В процессе ручной электродуговой сварки стали при расходе 1 кг электродов образуется до 40 г пыли, 2 г фтористого водорода, 1,5 г оксидов углерода и азота; в процессе сварки чугунов - до 45 г пыли и 1,9 г фтористого водорода. При полуавтоматической и автоматической сварке общая масса выделяемых вредных веществ меньше в 1,5...2 раза, а при сварке под флюсом - в 4...6 раз.

Сварочная пыль на 99% состоит из частиц размером от 10~³ до 1 мкм, около 1% пыли содержит частицы размером 1...5 мкм. Химический состав выделяющихся при сварке загрязнений обусловлен в основном составом сварочных материалов (проволоки, покрытий, флюсов) и почти не зависит от состава свариваемых металлов. Так, при ручной дуговой сварке сталей штучными электродами марки ЭА 606/11 на 1 кг расходуемых материалов в среднем выделяется 14 г/кг сварочного аэрозоля, в том числе 0,6 г/кг Сг₂О₃ и 0,68 г/кг Мп и его соединений, а также газов: 1,3 г/кг NO₂ и 1,4 г/кг СО. Замена ручной сварки на автоматическую при использовании флюса ОСЦ-45 снижает среднее количество выделяемого сварочного аэрозоля до 0,09 г/кг и содержание газов в удаляемом воздухе до 0,006 г/кг.

При газовой и плазменной резке металлов происходит выделение пыли и вредных газов, сведения о валовом выделении которых в пересчете на 1 м реза приведены в табл. 7.8. Химический состав пыли при этом определяется главным образом маркой разрезаемого материала, а размер частиц не превышает 2 мкм.

При резке обычно выделяются такие токсичные компоненты, как соединения хрома и никеля, марганец, газы СО, NO_X а при плазменной резке к ним добавляется еще и озон.

В процессе пайки и лужения выделяются следующие токсичные вещества: газы (оксид углерода и фтористый водород), аэрозоли (свинец и его соединения) и т.п. Удельные выделения аэрозоля свинца с частицами размером от 0,7 до 7 мкм при лужении и пайке оловянно-свиниовыми припоями ПОС-40 и ПОС-61 составляют:

При пайке электропаяльниками

мощностью 20...60 Вт 0,02...0,04 мг/100 паек

При лужении погружением в припой

(отнесено к поверхности ванны) 300...500 мг/(м'ч)

При лужении и пайке полной

(отнесено к поверхности волны) 3000...5000 мг/(м²-ч)

При обжиге I г изоляции при температуре 8ОО...9ОО°С выделяются следующие массы оксида углерода: 240 мг винипласта, 180 мг полихлорвинила, 100 мг полиэтилена. 100 мг фторопласта, 100 мг хлопка, 200 мг шелка, 190 мг шелка и винипласта.

Токсичные вещества в покрасочных цехах выделяются при следующих операциях: обезжиривание поверхностей органическими растворителями перед окраской, подготовка лакокрасочных материалов, нанесение их на поверхность изделий и сушка покрытия. В воздухе, удаляемом вентиляционными отсосами от окрасочных камер, напольных решеток, сушильных установок и других устройств, всегда присутствуют пары растворителей и окрасочных аэрозолей, а если при окраске используются порошковые полимерные материалы, то в удаляемом воздухе содержится еще и пыль.

Пары углеводородов при обезжиривании изделий перед окраской поступают в вентиляционные выбросы из-за испарения с поверхности зеркала ванны со следующей интенсивностью, г/(м²мин): бензин — 67...83, керосин — 17...34, уайт-спирит — 83...100.

В вентиляционных выбросах окрасочных цехов могут содержаться окрасочный аэрозоль (с концентрацией до 1 г/м³) и пары растворителей (до 10 г/м³).Концентрации вредных веществ, удаляемых от мест окраски, зависят от состава и расхода лакокрасочных материалов, способа их нанесения на окрашиваемую поверхность, устройства вентиляции, окрасочного оборудования, метода окрашивания (табл. 7.9).

Сточные воды промышленных предприятий

Примерно 20% воды промышленного предприятия расходуется безвозвратно, а остальная часть возвращается в водоемы в той или иной степени загрязненной.

Сточные воды любого промышленного предприятия бывают трех видов: бытовые, поверхностные и производственные. Производственные сточные воды образуются в результате использования воды в технологических процессах. Их количество, состав и концентрация содержащихся в них примесей определяются типом предприятия, его мощностью, видами используемых технологических процессов.

Крупнейшими потребителями воды в промышленности являются доменные, сталеплавильные, прокатные, коксохимические и другие подобные установки. Например, для выплавки 1 т чугуна и последующего выпуска стали и проката расходуется до 300 м³ воды, для выплавки 1 т меди -500 м³, 1т алюминия -1500 м³.

Около 10% общего водопотребления в промышленности приходится на машиностроительные предприятия, где воду используют для охлаждения или подогрева исходных материалов и продукции, деталей и узлов технологического оборудования; для приготовления различных технологических растворов; промывки, обогащения и очистки исходных материалов или продукции; для хозяйственно-бытового обслуживания.

Основными видами загрязнений сточных вод литейного цеха являются песок, окалина, пыль, флюсы, глина, зольные остатки ит.п. Особенно загрязненной оказывается вода после гидравлической выбивки стержней, транспортировки и промывки формовочной земли в отделениях регенерации, а также на гидротранспорте отходов горелой земли и в системе, обеспечивающей вентиляцию. Концентрация загрязнений зависит от применяемого оборудования, материалов, используемых для формовки, и может достигать до 5 кг/м3.

В качестве примера в табл. 7.10 приведен массовый и фракционный составы загрязнений сточной воды одного из литейных цехов (при плотности взвеси, равной 2400 кг/м3).

Основными примесями сточных вод, используемых для охлаждения технологического оборудования, поковок, гидросбива металлической окалины и обработки помещения, являются частицы пыли, окалины и масла. Например, при прокатке металлов на прокатных станах образуются окалины до 4% массы прокатываемого металла; при этом 90% всей массы окалины составляют частицы размером более 1 мм.

В механических цехах вода используется в основном для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей, промывки окрашиваемых изделий, для гидравлических испытаний и обработки помещения. Основными примесями сточных вод являются пыль, металлическая мелкая стружка, абразивные частицы, сода, масла, растворители, краски и др. В качестве примера загрязнений сточной воды механического цеха в табл. 7.11 приведены характеристики шлама, выделенного из отстойника сточных вод шлифовального участка.

На термических участках воду используют для приготовления технологических растворов, применяемых при закалке, отпуске и отжиге деталей, для промывки деталей и ванн после сброса отработанных растворов, а также для обработки помещения. Основными примесями сточных вод являются пыль минерального происхождения, металлическая окалина, тяжелые металлы, цианистые соединения, масла, щелочи и другие ядовитые вещества.

На травильных и гальванических участках вода используется для приготовления технологических растворов для травления материалов и деталей и нанесения на них покрытий; а также для промывки деталей и ванн после сброса отработанных растворов и обработки помещения. Основными примесями сточных вод этих участков являются химически вредные растворимые и взвешенные вещества, такие как пыль, металлическая окалина, эмульсии, щелочи и кислоты, ионы тяжелых металлов и их соли, циан, цианистые соединения цинка, кадмия, меди, хроматы, железо, медь, никель и др.

В сварочных, монтажных, сборочных, испытательных цехах машиностроительных предприятий сточные воды содержат механические примеси, маслопродукты, кислоты, щелочи и т.п. в значительно меньших концентрациях, чем в рассмотренных цехах и участках.

Загрязнение литосферы промышленными предприятиями

Огромное количество промышленных и бытовых отходов, попадая в почву, существенно изменяют химический состав и качество почвы, самоочищение которой не происходит или происходит очень медленно. Сильное загрязнение почвы тяжелыми металлами в совокупности с очагами сернистых загрязнений приводит к возникновению техногенных пустынь, так как при взаимодействии железа с серой образуется сернистое железо, являющееся сильным ядом. В результате в почве уничтожается микрофлора, что приводит к потере плодородия и нарушению единства геохимической среды и живых организмов.

В тех случаях, когда промышленные и бытовые отходы вывозятся на свалки, создаются реальные угрозы значительных загрязнений атмосферы, а также поверхностных и грунтовых вод, которые в результате взаимодействия влаги и загрязнений почвы закисляются.

Промышленные твердые отходы делятся на два основных вида: нетоксичные и токсичные. Кроме того, они классифицируются на металлические, неметаллические и комбинированные. Неметаллические отходы подразделяют на химически инертные (отвалы пустой породы, зола и т.п.) и химически активные (резина, пластмасса и т.п.). К комбинированным отходам относится всевозможный промышленный мусор.

В основной своей массе твердые отходы машиностроительного производства нетоксичны и содержат стружки и опилки металлов, древесины, пластмасс и т. п., шлаки, золы, шламы, осадки, амортизационный лом и пыли (отходы систем очистки воздуха и др.).

На предприятиях машиностроения отходы составляют в среднем 260 кг на 1т металла, иногда достигая 50% массы готового изделия. Замена технологической оснастки и инструмента приводит к образованию 55% амортизационного лома. Безвозвратные потери металла вследствие истирания и коррозии составляют 25% общего количества амортизационного лома.

Машиностроительные предприятия в основном образуют отходы от следующих производств:

• кузнечно-прессового и проката (концы, обрезки, обдирочная стружка, опилки, окалины и др.);
  
• литья (литники, сплески, шлаки и съемы, сор и др.);
  
• механической обработки (высечки, обрезки, стружки, опилки и др.).
  

Основными источниками образования отходов легированных сталей являются металлообработка (84%) и амортизационный лом (16%).

При обработке 1 млн т черных металлов безвозвратные потери металла, исчисляемые в тысячах тонн, составляют:

• 5,4 при обдирке, шлифовке, распиловке и других видах обработки;
  
• 2,1 при ковке, горячей штамповке и термической обработке (потери от окалины);
  
• 14 при травлении металла;
  
• 15,2 из-за неполного сбора отходов.
  

Шламы из отстойников очистных сооружений на машиностроительных предприятиях содержат большое количество твердых материалов, концентрация которых составляет от 20 до 300 г/л. Шламы термических, литейных и других цехов содержат токсичные соединения свинца, хрома, меди, цинка, а также цианиды, хлорофос и др. Отходы, образующиеся на предприятиях машиностроения в результате использования радиоактивных веществ, обычно содержат небольшое количество изотопов с коротким периодом полураспада (до 15 суток) и могут также содержать ртуть, вылитую из вышедших из эксплуатации приборов и установок.

К наиболее распространенным группам веществ химического загрязнения почвы промышленными предприятиями можно отнести:

• газы (СО₂; СО; SO₂; NO_X; H₂S);
  
• тяжелые металлы и их соединения (Hg; Pb₂; Cd; и др.);
  
• циклические углеводороды, бенз(а)пирен;
  
• радиоактивные вещества.
  

Обычно по массе твердые отходы машиностроительного предприятия составляют, т/год:

Шлак, окалина, зола 40 000

Горелая формовочная земля 3800

Шламы, флюсы 600

Абразивы 0,5...48

Древесные отходы 100...1500

Пластмассы 780

Бумага, картон 2,6...12

Мусор 50..20 000