Загрязнение и здоровье окружающей среды

Загрязнение и здоровье окружающей среды

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

[pic]

[pic]

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

[pic]

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.

[pic]

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.

[pic]

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.

В менее густонаселенных областях начинают проявлять .все больший интерес к

использованию для третичной обработки не только водных, но и наземных

экосистем. Это разумно, так как площадь наземной среды обитания во много

раз больше, чем поверхность пресноводных водоемов. Эксперименты, в которых

участки земли орошали сточными водами от установки вторичной обработки при

помощи разбрызгивателей, показали, что на востоке Украины это позволяет

добавить по крайней мере 5 см в неделю такой воды к естественным осадкам,

не изменяя качества грунтовых вод. Иными словами, фосфаты, нитраты и другие

биогенные вещества, добавляемые в почву с такой скоростью, поглощаются

растениями и почвой. Рост зерновых и пастбищных культур и молодых посадок

леса при подобном «опрыскивании» биогенными веществами сточных вод также

усиливался. Очевидно, такого рода земляной «фильтр» будет обладать большой

долговременной емкостью, если удалять биогенные вещества, собирая урожай

или путем выпаса. Однако результаты последних экспериментов со всеми типами

орошения предостерегают, что при высоком уровне входа биогенные вещества

или соли могут постепенно накапливаться. Эксперименты следует, вероятно,

продолжать еще много лет, для того чтобы определить истинные возможности

третичной обработки на различных типах водосборов. А до тех пор следовало

бы исходить из того, что оптимальный ввод должен быть ниже того

максимального ввода, который кажется допустимым по данным 3—5-летних

экспериментов.

СТРАТЕГИЯ ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ И КОНТРОЛЯ НАД НИМИ

Человек располагает тремя возможностями избавления от отходов: 1)

сбрасывание без всякой обработки в ближайшее подходящее место) (воздух,

река, озеро, почва, колодец или океан); 2) сбор и обработка в определенной

ограниченной зоне обработки отходов, где созданы полуестественные

экосистемы, такие, как окислительные бассейны, опрыскиваемые леса и

земляные насыпи, которые выполняют большую часть работы по разложению и

восстановлению; 3) переработка в искусственных хемо-механических

регенерационных системах. Первый путь основан на теории «разбавление —

решение проблемы загрязнения»; он был и остается главным способом удаления

отходов, используемым почти повсеместно. Промышленные предприятия и города

обычно расположены вдоль водных путей, что облегчает сбрасывание сточных

вод. Очевидно, что такая практика не может продолжаться и ее следует

прекратить как можно скорее, чего бы это ни стоило.

Второй луть дает наиболее экономичный способ избежать всеобщего загрязнения

окружающей среды достаточно разбавленными, но большими объемами отходов,

которые так сильно ухудшили .сейчас качество жизненного пространства

человека и угрожают его здоровью. Если мы будем оставлять большие площади

для полуестественной обработки отходов, это позволит также сохранять ценное

открытое пространство, которое не только улучшает качество окружающей среды

вообще, но полезно и в других отношениях (производство пищевых продуктов и

волокна, газообмен в атмосфере, места отдыха).

[pic]

Фиг. 218. Обработка отходов от нефтеочистительного завода в Кременчуге

довольна

дешевым способом.

Сточные воды пускают через ряд соединяющихся бассейнов и прудов (Б). На

графике (-4) показано образование (Р) и расходование (R) кислорода в каждом

пруду. Видно, что «самопроектирующиеся» естественные сообщества прудов

разлагают органическое вещество, и, когда вода доходит до 10-го пруда,

откуда она сбрасывается в реку, соотношение между Р и К вполне хорошее.

В плане городского района была предусмотрена обширная зона обработки

отходов. Два примера устройства таких зон показаны на фиг. 218 (обработка

отходов нефтеочистительного завода) и на фиг. 219 (гипотетический план

обработки теплового и радиоактивного загрязнения от новой атомной

электростанции). В обоих случаях вода, вытекающая из зоны обработки в общую

среду обитания, не несет никаких загрязнений. Пруды для обработки отходов

во многих случаях «самоконструируются», приспосабливаясь к скорости

поступления отходов. Как на их устройство, так и на уход за ними достаточно

минимальных усилий со стороны человека. Другим компонентом зоны обработки

Страницы: 1, 2