Экологические проблемы химической промышленности. Химическая промышленность – первый производитель не перерабатываемых отходов

Причины воздействия на окружающую среду

По интенсивности воздействия на окружающую среду промышленное производство оказывает одно из самых сильных воздействий. Основной причиной являются устаревшие технологии на производстве и чрезмерная концентрация производств на одной территории или в пределах одного предприятия. На большинстве крупных предприятий отсутствует система экологической защиты или она достаточно простая.

Замечание 1

Большая часть отходов промышленного производства возвращается в окружающую среду в виде отходов. В готовой продукции в основном используется 1-2% сырья, остальное выбрасывается в биосферу, загрязняя ее компоненты.

Основные источники загрязнения

В зависимости от характера воздействия промышленности на окружающую среду комплексы промышленного производства делят на:

топливно-энергетический,
металлургический,
химико-лесной
строительный

Основное загрязнение атмосферы приходится на газообразный диоксид серы. [Замечание]

Газообразный диоксид серы –это соединение серы с кислородом.

Данный вид загрязнения носит разрушающий характер. В процессе выброса в атмосфере накапливается серная кислота, которая в дальнейшим является результатом возникновения кислотных дождей. Основными источниками загрязнения являются изделия автомобильной промышленности, использующие в своей эксплуатации серосодержащие угли, нефть и газ.

Помимо этого, на окружающую среду огромное воздействие оказывает черная и цветная металлургия, воздействие химической промышленности. В результате выхлопных газов концентрация вредных веществ с каждым годом растет.

По результатам статистических данных доля вредных веществ в США составляет 60% от общего объема всех вредных веществ.

Рост производства достаточно серьезный. С каждым годом индустриализация преподносит человечеству все новые технологии, которые разгоняют промышленные мощности. К сожалению, защитных мероприятий становится недостаточно, чтобы снизить образовывающийся уровень загрязнения.

Меры по предотвращению экологических катастроф

В основном экологические катастрофы происходят либо в результате человеческой халатности, либо в результате износа оборудования. Средства, которые можно было сэкономить от предотвращенных в свое время аварий можно было бы направить на реконструированние топливно-энергетического комплекса. Это в свою очередь существенно снизило бы уровень энергоемкости экономики.

В результате нерационального природопользования наносится непоправимы ущерб природе. Для того, чтобы разобрать ключевые меры предотвращения загрязнений, необходимо в-первую очередь провести взаимосвязь результатов хозяйственной деятельности и показателями экологичности выпускаемой продукции, технологией ее производства.

От производств данное мероприятие требует значительных затрат, которые необходимо закладывать в планируемое производство. На предприятие необходимо разграничить затраты на три составляющие:

затраты на производство,
затраты на окружающую среду,
затраты на производство продукта до экологического качества или замена продукта на более экологичный.

В России основной промышленности является производство нефти и газа. Несмотря на то, что объемы производство на современном этапе имеют тенденцию к снижению, топливно-энергетический комплекс является крупнейшим источником промышленного загрязнения. Проблемы с экологией начинаются уже на стадии добычи сырья и транспортировки.

Каждый год случается больше 20тыс аварий, связанных с разливом нефти, которая попадает в водоемы и сопровождается гибелью флоры и фауны. Помимо этого аварии несут значительные экономические потери.

Для того, чтобы максимально предотвратить распространение экологической катастрофы - транспортировку нефти экологичнее всего распространять по трубопроводам.

Данный вид транспортировки включает в себя не только систему труб, но и насосные станции, компрессоры и много другое.

Замечание 2

Несмотря на экологичность и надежность данной системы не проходит дело без аварий. Так как около 40% системы трубопроводного транспорта изношено и срок эксплуатации давно истек. С годами на трубах проявляются дефекты, происходит коррозия металла.

Так одной из самых серьезных аварий за последнее время является прорыв нефтепровода. В результате данной аварии в реке Белая оказалось около 1000т нефти. По подсчетам статистики ежегодно экология России терпит ущерб от 700 инцидентов, связанных с разливом нефти. Данные аварии приводят к необратимым процессам в окружающей среде.

Производство нефти и буровое оборудование функционирует в достаточно сложных условиях. Перегрузки, статическое, динамическое напряжение, высокое давление приводит к износу оборудования.

Особое внимание стоит уделить устаревшим станкам-качалкам. При использовании многофазных насосов повышается экологическая безопасность и экономическая эффективность. Помимо этого, появляется возможность утилизировать полученный газ более экономичным и экологичным способ. На сегодняшний день газ из скважины сжигают, хотя для химической промышленности данный газ является достаточно ценным сырьем.

По данным ученых за несколько лет нагрузка на окружающую среду выросла в 2-3 раза. Растет потребление чистой воды, которое беспощадно тратят в промышленном производстве и в сельском хозяйстве.

Проблема чистой воды стала настолько острой на современном этапе человеческого развития, что часто уровень обеспеченности водой устанавливает уровень промышленности и рост городов.

Несмотря на неутешительные прогнозы, государства, развивающихся стран стали уделять большое внимание очистке и контролю за экологической безопасностью. Новые производства не получаю допуск без установки и пуска очистительных сооружений.

В вопросах экологии необходим серьезный вопрос государственного регулирования.

- 94.50 Кб

«Экологические

проблемы

химической промышленности»»

Шмалько Марии, 11 «Б»

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ - привнесение новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение их естественного уровня.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Физическое

(тепловое, шумовое, электромагнитно, световое, радиоактивное)

Химическое

(тяжелые металлы, пестициды, пластмассы и др. химические вещества)

Биологическое

(биогенное, микробиологическое, генетическое)

Информационное

(информационный шум, ложная информация, факторы беспокойства)

Любое химическое загрязнение - это появление химического вещества в непредназначенном для него месте. Загрязнения, возникающие в процессе деятельности человека, являются главным фактором его вредного воздействия на природную среду.

Химические загрязнители могут вызывать острые отравления, хронические болезни, а также оказывать канцерогенное и мутагенное действие. Например, тяжелые металлы способны накапливаться в растительных и животных тканях, оказывая токсическое действие. Кроме тяжелых металлов, особо опасными загрязнителями являются хлордиоксины, которые образуются из хлорпроизводных ароматических углеводородов, используемых при производстве гербицидов. Источниками загрязнения окр$>жающей среды диоксинами являются и побочные продукты целлюлозно-бумажной промышленности, отходы металлургической промышленности, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Эти вещества очень токсичны для человека и животных даже при низких концентрациях и вызывают поражение печени, почек, иммунной системы.

Наряду с загрязнением окружающей среды новыми для нее синтетическими веществами, большой ущерб природе и здоровью людей может нанести вмешательство в природные круговороты веществ за счет активной производственной и сельскохозяйственной деятельности, а также образования бытовых отходов.

Загрязнению подвергаются атмосфера (воздушная среда), гидросфера (водная среда) и литосфера (твердая поверхность) Земли. См. также ХИМИЯ АТМОСФЕРЫ.

Вначале деятельность людей затрагивала лишь живое вещество суши и почву. В 19 в., когда начала бурно развиваться индустрия, в сферу промышленного производства начали вовлекаться значительные массы химических элементов, извлекаемых из земных недр. При этом воздействию стала подвергаться не только наружная часть земной коры, но также природные воды и атмосфера.

В середине20 в. некоторые элементы стали использоваться в таком количестве, которое сопоставите массами, вовлеченными в природные круговороты. Низкая экономичность большей часяи современной индустриальной технологии привела к образованию огромного количества отходов, которые не утилизируются в смежных производствах, а

выбрасываются в окружающую среду. Массы загрязняющих отходов столь велики, что создают опасность для живых организмов, включая человека.

Хотя химическая промышленность не является главным поставщиком загрязнений (рис. 1), для нее характерны выбросы, наиболее опасные для природной среды, человека, животных и растений (рис. 2). Термин «опасные отходы» применяют к любого рода отходам, которые могут нанести вред здоровью или окружающей среде при их хранении, транспортировке, переработке или сбросе. К ним относятся токсичные вещества, воспламеняющиеся отходы, отходы, вызывающие коррозию и другие химически активные вещества.

В зависимости от особенностей циклов массообмена загрязняющий компонент может распространять ся на всю поверхность планеты, на более или менее значительную территорию или иметь локальный характер. Таким образом, экологические кризисы, являющиеся результатом загрязнения окружающей среды, могут быть трех сортов -глобальные, региональные и локальные

Одной из проблем, имеющих глобальный характер, является возрастание содержания в атмосфере углекислого газа в результате техногенных выбросов. Наиболее опасным последствием этого явления может стать повышение температуры воздуха благодаря «парниковому эффекту». Проблема нарушения глобального цикла массобмена углерода уже переходит из области экологии в экономические, социальные и, в конце-концов, политические сферы.

В декабре 1997 в г. Киото (Япония) был принят Протокол к рамочной конвенции Организации объединенных наций об изменении климата (датированной маем 1992) (см. также КИОТСКИЙ ПРОТОКОЛ). Главное в Протоколе - количественные обязательства развитых стран и стран с переходной экономикой, включая Россию, по ограничению и снижению выбросов парниковых газов, прежде всего С02, в атмосферу в 2008-2032. У России разрешенный уровень выбросов парниковых газов на эти годы - 100% от уровня 1990. Для стран ЕС в целом он составляет 92%, для Японии - 94%. У США предполагалось 93%, однако эта страна отказалась участвовать в Протоколе, поскольку снижение выбросов углекислого газа означает понижение уровня выработки электроэнергии и, следовательно, стагнацию промышленности. 23 октября 2004 Государственная Дума России приняла решение о ратификации Киотского Протокола.

К загрязнениям регионального масштаба относятся многие отходы промышленных предприятий и транспорта. В первую очередь, это касается диоксида серы. Он вызывает образование кислотных дождей, поражающих организмы растений и животных и вызывающих заболевания населения. Техногенные оксиды серы распределяются неравномерно и наносят ущерб отдельным районам. За счет переноса воздушных масс они зачастую пересекают границы государств и оказываются на территориях, удаленных от индустриальных центров.

В крупных городах и промышленных центрах воздух, наряду с оксидами углерода и серы, часто загрязнен оксидами азота и твердыми частицами, выбрасываемыми автомобильными двигателями и дымовыми трубами. Нередко наблюдается образование смога. Хотя эти загрязнения носят локальных характер, они затрагивают многих людей, компактно поживающих на таких территориях. Кроме того, наносится ущерб окружающей природе.

Одним из основных загрязнителей окружающей среды является сельскохозяйственное производство. В систему круговорота химических элементов искусственно вводятся значительные массы азота, калия, фосфора в виде минеральных удобрений. Их избыток, не усвоенный растениями, активно вовлекается в водную миграцию. Накопление соединений азота и фосфора в природных водоемах вызывает усиленный рост водной растительности, зарастание водоемов и загрязнение их мертвыми растительными остатками и продуктами разложения. Кроме того, аномально высокое содержание растворимых соединений азота в почве влечет за собой повышение концентрации этого элемента в сельскохозяйственных продуктах питания и питьевой воде. Это может вызвать серьезные заболевания людей.

В качестве примера, показывающего изменения структуры биологического круговорота в результате деятельности человека, можно рассмотреть данные для лесной зоны европейской части России (таблица). В доисторические времена вся эта территория была покрыта лесами, сейчас их площадь уменьшилась почти вдвое. Их место заняли поля, луга, пастбища, а также города, поселки, транспортные магистрали. Уменьшение общей массы некоторых элементов за счет общего уменьшения массы зеленых растений компенсируется внесением удобрений, которое вовлекает в биологическую миграцию значительно больше азота, фосфора и калия, чем естественная растительность. Вырубка леса и распашка почв способствуют усилению водной миграции. Таким образам, существенно увеличивается содержание соединений некоторых элементов (азота, калия, кальция) в природных водах.

МИГРАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ЛЕСНОЙ ЗОНЕ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИ

Загрязнителями воды являются и органические отходы. На их окисление расходуется дополнительное количество кислорода. При слишком низком содержании кислорода нормальная жизнь большинства водных организмов становится невозможной. Аэробные бактерии, которым необходим кислород, также погибают, вместо них развиваются бактерии, использующие для своей жизнедеятельности соединения серы. Признаком появления таких бактерий является запах сероводорода - одного из продуктов их жизнедеятельности.

Среди многих последствий хозяйственной деятельности человеческого общества особое значение имеет процесс прогрессирующего накопления металлов в окружающей среде. К наиболее опасным загрязнителям относят ртуть, свиней и кадмий. Существенное воздействие на живые организмы и их сообщества оказывают также техногенные поступления марганца, олова, меди, молибдена, хрома, никеля и кобальта (рис. 3).

Природные воды могут загрязняться пестицидами и диоксинами, а также нефтью. Продукты разложения нефти токсичны, а нефтяная пленка, изолирующая воду от воздуха, приводит к гибели живых организмов (в первую очередь, планктона) в воде.

Помимо накопления в почве токсичных и вредных веществ в результате деятельности человека, ущерб землям наносится за счет захоронения и свалок промышленных и бытовых отходов.

Основными мерами борьбы с загрязнением атмосферы являются: строгий контроль выбросов вредных веществ. Нужно заменять токсичные исходные продукты на

нетоксичные, переходить на замкнутые циклы, совершенствовать методы газоочистки и пылеулавливания. Большое значение имеет оптимизация размещения предприятий для уменьшения выбросов транспорта, а также грамотное применение экономических санкций.

Большую роль в защите окружающей среды от химических загрязнений начинает играть международное сотрудничество. В 1970-е в озоновом слое, защищающем нашу планету от опасного действия ультрафиолетового излучения Солнца, было обнаружено снижение концентрации ОЗ. В 1974 установили, что озон разрушается под действием атомарного хлора. Одним из основных источников хлора, попадающего в атмосферу, являются хлорфторпроизводные углеводородов (фреоны, хладоны), используемые в аэрозольных баллонах, холодильниках и кондиционерах. Разрушение озонового слоя происходит, возможно, не только под действием этих веществ. Тем не менее, были предприняты меры по уменьшению их производства и использования. В 1985 многие страны договорились о защите озонового слоя. Обмен информацией и совместные исследования изменений концентрации атмосферного озона продолжаются.

Проведение мероприятий, предупреждающих попадание загрязняющих веществ в водоемы, включает установление прибрежных защитных полос и водоохранных зон, отказ от ядовитых хлорсодержащих пестицидов, уменьшение сбросов промышленных предприятий за счет применения замкнутых циклов. Снижение опасности загрязнения нефтью возможно путем повышения надежности танкеров.

Для предотвращения загрязнения поверхности Земли нужны предупредительные меры -не допускать засорения почв промышленными и бытовыми сточными водами, твердыми бытовыми и промышленными отходами, нужна санитарная очистка почвы и территории населенных мест, где такие нарушения были выявлены.

Наилучшим решением проблемы загрязнения окружающей среды были бы безотходные производства, не имеющие сточных вод, газовых выбросов и твердых отходов. Однако безотходное производство сегодня и в обозримом будущем принципиально невозможно, для его реализации нужно создать единую для всей планеты циклическую систему потоков вещества и энергии. Если потери вещества, хотя бы теоретически, все же можно предотвратить, то экологические проблемы энергетики все равно останутся. Теплового загрязнения нельзя избежать в принципе, а так называемые экологически чистые источники энергии, например ветряные электростанции, все равно наносят ущерб окружающей среде.

Пока единственным путем существенного уменьшения загрязнения окружающей среды являются малоотходные технологии. В настоящее время создаются малоотходные производства, в которых выбросы вредных веществ не превышают предельно допустимых концентраций (ПДК), а отходы не приводят к необратимым изменениям природы. Используется комплексная переработка сырья, совмещение нескольких производств, применение твердых отходов для изготовления строительных материалов.

Создаются новые технологии и материалы, экологически чистые виды топлива, новые источники энергии, снижающие загрязнение окружающей среды.

См. также СМОГ; ХИМИЯ ГИДРОСФЕРЫ; КИОТСКИЙ ПРОТОКОЛ. УМЕНЬШЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ:

Безотходное производство Малоотходное производство Комплексная переработка сырья Новые технологии и материалы

ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ НА РУБЕЖЕ ВЕКОВ

(Продолжение)

В Москве в Министерстве науки и технологий Российской Федерации с 6 по 8 сентября 1999 года проходил Российский конгресс "Химическая промышленность на рубеже веков: итоги и перспективы". Мы публикуем некоторые из тезисов докладов, в основном касающихся перспектив каталитических, а также близких к ним технологий.

Секция; Экологически безопасные и ресурсосберегающие химические технологии и химические материалы XXI века

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ИХ РЕШЕНИЕ: ОПЫТ БАСФ

ДЮМУРЗИН

(Представительство фирмы "БАСФ" в России)

Группа компаний БАСФ - химический концерн, который успешно работает в более чем 170 странах мира с различной политической, социальной и культурной обстановкой. Деятельность фирмы охватывает такие области, как производство сырья и энергетических ресурсов, различных химикатов, продуктов для сельского хозяйства, пластмасс, красителей, текстильно-вспомогательных веществ, а также таких продуктов для потребителя, как лаки, краски, информационные системы и лекарства. Наша деятельность соответствует концепции устойчивого развития, которая была согласована как совместная цель мирового сообщества на конференции ООН в 2 992 году в Рио-де-Жанейро. Такое развитие понимается как процесс, который соответствует экономическим, экологическим и социальным нуждам общества сегодняшнего дня, давая возможность при этом и будущим поколениям достигать своих собственных целей. Программа "Responsible Care" ("Ответственная забота"), которой придерживается фирма, предполагает целый ряд добровольно выполняемых мер с целью постоянного улучшения окружающей среды, безопасности и здоровья. Фирма БАСФ рассматривает вопросы безопасности и защиты здоровья и окружающей среды в качестве исключительно важных и приоритетных как на уже действующих производствах, так и при разработке новых продуктов и процессов. Затраты фирмы в 1998 году, связанные с защитой окружающей среды, составили более 1,5 млрд. марок.

Описание работы

Химическая промышленность - одна из наиболее бурно развивающихся отраслей. Она относится к отраслям, составляющим базу современного научно-технического прогресса. В структуре химической промышленности при всем значении основной химии ведущее положение перешло к промышленности пластмасс, химических волокон, красителей, фармацевтических препаратов, моющих и косметических средств.

Производимые химической промышленностью реагенты и материалы широко используются в технологических процессах самых различных отраслей хозяйства. В современную эпоху химическая промышленность явилась своего рода индикатором, определяющим степень модернизации хозяйственного механизма любой страны.

В составе химической промышленности России целесообразно выделить 5 групп производств:

1. Горно-химическая промышленность, включающая добычу первичного химического сырья.
2. Основная химия, специализирующаяся на производстве минеральных удобрений, кислот, соды и других веществ, составляющих как бы «пищу» для других отраслей экономики.
3. Производство полимерных веществ.
4. Переработка полимерных материалов.
5. Разнородная группа прочих, мало связанных между собой отраслей этой индустрии: фотохимическая, бытовая химия и т.д..
6. Бытовая химия - подотрасль химической промышленности, получившая в настоящее время существенное развитие. Каждый так или иначе практически постоянно либо пользуется «плодами» химической отрасли промышленности, либо сталкивается с деятельностью, требующей знаний приемов безопасного обращения с веществами. Хорошая хозяйка никогда не поставит бутылочку с уксусной кислотой рядом с другими похожими емкостями для пищевых продуктов. Образованный человек всегда читает инструкцию перед работой с такими бытовыми жидкостями, как хлорный отбеливатель или средства для чистки стекол, и знает, что после покрытия пола новым линолеумом или ковролином всегда необходимо проветривать помещение. Все это - приемы безопасного обращения с веществами. Умение приготовить растворы, знание способов очистки веществ, свойств наиболее часто встречающихся соединений, влияние их на здоровье человека - все это подрастающее поколение узнает на уроках химии в школе. Основные проблемы развития отрасли связаны с экологией. Следует отметить, что в настоящее время развитие промышленности, в том числе химической, существенно обостряет экологические проблемы. Научно-технический прогресс развивает производительные силы, улучшает условия жизни человека, повышает ее уровень. Вместе с тем растущее вмешательство человека вносит в окружающую среду подчас такие изменения, которые могут привести к необратимым последствиям в экологическом и биологическом смысле. Результатом активного воздействия человека на природу является ее загрязнение, засорение, истощение. В результате хозяйственной деятельности человека изменяется газовый состав и запыленность нижних слоев атмосферы. Так, при выбросе отходов промышленного химического производства в атмосферу попадает большое количество взвешенных частиц и разнообразных газов. Высокоактивные в биологическом отношении химические соединения могут вызвать эффект отдаленного влияния на человека: хронические воспалительные заболевания различных органов, изменения нервной системы, действие на внутриутробное развитие плода, приводящее к различным отклонениям у новорожденных. Например, по данным Волгоградского центра по гидрометеорологии, за последние 5 лет уровень загрязнения пылью, оксидами азота, сажей, аммиаком, формальдегидом увеличился в 2-5 раз. В основном это происходит из-за несовершенства технологических процессов. Высокое загрязнение хлористым водородом и хлорорганическими веществами в южной промзоне Волгограда объясняется частым отсутствием сырья на химических предприятиях, что приводит к работе оборудования на пониженных нагрузках, при которых очень трудно выдерживать нормы технологического режима.

Основной вклад в загрязнение атмосферы города Волгограда вносят предприятия нефтехимии (35%). Количество вредных веществ, выбрасываемых предприятиями нефтехимии: сероводород - 0,4 тыс. тонн в год, фенол - 0,3 тыс. тонн в год, аммиак - 0,5 тыс. тонн в год, хлористый водород - 0,2 тыс. тонн в год.

Все указанное объясняется рядом факторов, начиная от низкого качества исходного сырья и заканчивая неудовлетворительным состоянием технологического оборудования и пылегазоулавливающих устройств в целом по предприятиям.

Громадный вред пойме наносят промышленные предприятия, например, ПО «Химпром», «Каустик», азотно-кислородный завод г. Волжского, завод органического синтеза, многочисленные пруды-накопители других предприятий. Особый вред наносится почвам с пониженным содержанием гумуса и органики, а также карбонатным черноземам. В них в качестве клеящих веществ могут преобладать тонкие фракции карбонатов, неустойчивые к воздействию кислотных осадков. А удаление фракции липидов под воздействием органических растворителей, выбрасываемых предприятиями в атмосферу, может вместе с другими факторами привести к потере агрономически ценной структуры поливных земель и к выводу их из сельскохозяйственного употребления. Через почву химические вещества могут попадать в продукты питания, воду и воздух.

Отходы промышленного производства поступают в водоемы и быстро разрушают экологические связи, которые складывались в природе тысячелетиями. При хронических воздействиях происходит деградация водных экосистем, расположенных в районе размещения накопителей жидких отходов. Содержащиеся в сточных водах химические вещества могут мигрировать в подземные воды и далее поступать в открытые водоемы. Так, из накопителей сточных вод в подземные воды поступало более 50%, в Мировой океан - 38% от числа обнаруженных (в сточных водах) компонентов. Жидкие стоки химических производств оказывают неблагоприятное воздействие и на процессы естественного самоочищения воды морей и океанов. Таким образом, нарушение регламента очистки сточных вод и размещение сточных вод в накопителях и испарителях сопровождается интенсивным загрязнением объектов окружающей среды, в частности, морей и океанов планеты.

Следует отметить, что в последние 5-7 лет качество вод нашей страны несколько улучшилось. Это объясняется тем, что многие ведущие промышленные предприятия свернули свои производственные программы. Так, в 1980-91 гг. в воде Волги ртуть определялась в пределах 0,013-0,069 мк/л, значительно превышая ПДК. Затем (до 1995 г.) ртуть обнаруживалась в меньших концентрациях - до 0,0183 мкг/л, а после 1996 не обнаруживалась. В настоящее время многие (но не все!) показатели Волги с точки зрения хозяйственного и культурно-бытового водопользования не превышают ПДК.

Экологические проблемы возможно решить лишь при стабилизации экономического положения и создании такого экономического механизма природопользования, когда плата за загрязнение окружающей среды будет соответствовать затратам на ее полную очистку.

В целом, можно выделить следующие направления решения экологических проблем, создаваемых химической промышленностью:

· соблюдение нормативов, государственных стандартов и иных нормативных документов в области охраны окружающей среды;
· работа очистных сооружений, средств контроля;
· выполнение планов и мероприятий по охране окружающей среды;
· соблюдение требований, норм и правил при размещении, строительстве, вводе в эксплуатацию, эксплуатации выводе из эксплуатации объектов химической промышленности;
· выполнение требований, указанных в заключении государственной экологической экспертизы.

Экология химической промышленности – один из наиболее актуальных вопросов индустрии. Проблема безопасности окружающей среды при работе производств этой отрасли ранее не имела такого распространения. Но сейчас она вызывает огромный интерес у всего профессионального сообщества.

Экологические проблемы отрасли

Предприятия химической индустрии являются точками высокой опасности заражения токсическими веществами. В процессе работы многих из них в окружающую среду попадают опасные вещества. Объемы таких выбросов некрупнотоннажны, но имеют серьезное влияние и могут нанести существенный вред. Поэтому сейчас вносятся требования по минимизации сбросов и утилизации опасных отходов для обеспечения необходимого уровня безопасности . Однако эти схемы требуют серьезного переоборудования предприятий и использования дорогостоящих технологий. В связи с этим их использует только небольшое количество крупных производств, остальные продолжают работать в прежнем режиме.

Следует отметить и проблему хранения ядовитых отходов. На отвальных площадках сейчас лежит множество тонн сульфата железа, фосфогипса и прочих остатков переработки, которые продолжают наносить колоссальный вред окружающей среде. Такие места подвергаются пылению и размыванию, вследствие чего опасные вещества попадают в атмосферу, воду и почву. Сейчас территории, окружающие такие свалки, не имеют ничего общего с нормальной природной средой. А на их восстановление потребуется не одно десятилетие.

Химическая промышленность сегодня является одним из наибольших источников загрязнения окружающей среды в нашей стране. И это касается не только количества выбрасываемых веществ при работе производств, но и их токсичности и ядовитости при авариях. Поэтому большое внимание и руководителей предприятий и госорганов уделяется соблюдению технических норм, а также правил транспортировки опасных грузов.

Решение экологических проблем индустрии

После вступления России в ВТО на предприятия химической отрасли стали дополнительно распространяться и международные стандарты, в том числе экологические. Это привело к тому, что многие заводы сейчас находятся на грани закрытия. Их оборудование подлежит замене, а производственный процесс – модернизации. Но такие работы требуют колоссальных финансовых затрат. В современных рыночных условиях российские предприятия чаще всего не имеют возможности провести необходимые действия для того, чтобы их производство соответствовало международным нормам экологии химической промышленности .

Это стало причиной горячих дискуссий среди экспертов и серьезной озабоченности производителей. Профессиональное сообщество сошлось во мнении о необходимости финансового стимулирования предприятий и оказания им государственной поддержки. На сегодняшний момент в России на разработки и исследования в области экологии химической промышленности большинство компаний может потратить не более 5% от своей выручки.

Для улучшения ситуации было принято решение объединить усилия государства, науки и бизнеса в области развития большой химии и решения вопросов производственной безопасности. Площадкой для обмена опытом и внедрения инновационных экологических технологий стала выставка «Химия», проходящая ежегодно в столице. ЦВК «Экспоцентр», в павильонах которого организуется это событие, имеет огромный опыт в проведении крупных международных мероприятий. Экспоненты отмечают высокую эффективность участия в них.

Это событие имеет колоссальное значение для улучшения экологии химической промышленности , так как дает возможность внедрить на большее количество предприятий инновационные экологические технологии. Кроме того, выставка «Химия» станет площадкой для выступления многих экспертов, доцентов и исследовательских групп, которые смогут осветить результаты своей работы, существующие проблемы отрасли и возможные способы их решения. Научно-технические центры и группы используют это мероприятие для запуска новых проектов и поиска источников их финансирования. Сегодня многие компании заинтересованы в стимулировании развития индустрии и разработке новых технологий, особенно в сфере экологической безопасности.

На сегодня нет необходимости убеждать кого-либо в том, какое огромное значение для всего человечества играют вопросы, связанные с проблемой охраны окружающей среды. Эта проблема сложна и многопланова. Она включает не только чисто научные аспекты, но и экономические, социальные, политические, правовые, эстетические.

В основе процессов, обусловливающих современное состояние биосферы, лежат химические превращения веществ. Химические аспекты проблемы охраны окружающей среды формируют новый раздел современной химии, названный химической экологией. Это направление рассматривает химические процессы, протекающие в биосфере, химическое загрязнение окружающей среды и его влияние на экологическое равновесие, дает характеристику основных химических загрязнителей и способов определения уровня загрязнения, разрабатывает физико-химические методы борьбы с загрязнением окружающей среды, проводит изыскание новых экологически чистых источников энергии и др.

Понимание сути проблемы охраны окружающей среды, безусловно, требует знакомства с рядом предварительных понятий, определений, суждений, детальное изучение которых должно способствовать не только более глубокому проникновению в суть проблемы, но и развитию экологического образования. .Геологические сферы планеты, а также структура биосферы и протекающие в ней химические процессы в обобщенном виде представлены на схеме 1 .

Обычно различают несколько геосфер. Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из двух слоев: верхнего, образованного осадочными породами, включающими гранит, и нижнего - базальтового. Гидросфера - это все океаны и моря (Мировой океан), составляющие 71% поверхности Земли, а также озера и реки. Глубина океана в среднем составляет 4 км, а в отдельных впадинах - до 11 км. Атмосфера - слой над поверхностью литосферы и гидросферы, достигающий 100 км. Нижний слой атмосферы (15 км) называют тропосферой . Она включает взвешенные в воздухе водяные пары, перемещающиеся при неравномерном нагреве поверхности планеты. Над тропосферой простирается стратосфера , у границ которой возникают северные сияния. В стратосфере на высоте 45 км расположен озонный слой, отражающий губительное для жизни космическое излучение и частично - ультрафиолетовые лучи. Выше стратосферы простирается ионосфера - слой разряженного газа из ионизированных атомов.

Среди всех сфер Земли особое место занимает биосфера . Биосфера - это геологическая оболочка Земли вместе с населяющими ее живыми организмами: микроорганизмами, растениями, животными. Она включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу, тропосферу и нижнюю часть стратосферы (в том числе озонный слой). Границы биосферы определяются верхним пределом жизни, ограниченным интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей, и нижним пределом, ограниченным высокими температурами земных недр; крайних пределов биосферы достигают лишь низшие организмы - бактерии. Особое место в биосфере занимает озонный защитный слой . В атмосфере содержится всего лишь об. % озона, однако он создал на Земле такие условия, благодаря которым на нашей планете зародилась и продолжает развиваться жизнь.

В биосфере осуществляются непрерывные круговороты веществ и энергии. В круговороте веществ постоянно участвуют в основном одни и те же элементы: водород, углерод, азот, кислород, сера. Из неживой природы они переходят в состав растений, из растений - в животных и человека. Атомы этих элементов удерживаются в круге жизни сотни миллионов лет, что подтверждается данными изотопного анализа. Указанные пять элементов называют биофильными (жизнелюбивыми), при этом не все их изотопы, а только легкие. Так, из трех изотопов водорода биофильным является только . Из трех природных изотопов кислорода биофилен только , а из изотопов углерода - только .

Роль углерода в возникновении жизни на Земле поистине огромна. Имеются основания полагать, что при образовании земной коры часть углерода вошла в состав ее глубинных слоев в виде минералов типа карбидов, а другая его часть была удержана атмосферой в виде СО. Понижение температуры на определенных этапах формирования планеты сопровождалось взаимодействием СО с водяным паром по реакции ккал, так что ко времени появления на Земле жидкой воды углерод атмосферы должен был находиться в виде углекислого газа. В соответствии с приводимой ниже схемой круговорота углерода углекислый газ атмосферы извлекается растениями (1), и через пищевые связи (2) углерод попадает в организм животных:

Дыхание животных и растений и тление их останков постоянно возвращают атмосфере и водам океана громадные массы углерода в виде углекислого газа (3, 4). Вместе с тем имеет место некоторый вывод углерода из круговорота за счет частичной минерализации останков растений (5) и животных (6).

Дополнительным, причем более мощным, выводом углерода из круговорота является неорганический процесс выветривания горных пород (7), при котором содержащиеся в них металлы под действием атмосферы переходят в углекислые соли, вымываемые затем водой и переносимые реками в океан с последующим частичным осаждением. По ориентировочным подсчетам ежегодно при выветривании горных пород из атмосферы связывается до 2 млрд т углерода. Такой грандиозный расход не может быть скомпенсирован различными свободно протекающими природными процессами (извержением вулканов, газовыми источниками, действием образующейся при грозах на известняки и т.д.), ведущими к обратному переходу углерода из минералов в атмосферу (8). Таким образом, как неорганический, так и органический этапы круговорота углерода направлены на уменьшение содержания в атмосфере. В этой связи следует отметить, что сознательная деятельность человека существенно влияет на общий круговорот углерода и, затрагивая по существу все направления процессов, протекающих при естественном круговороте, в конечном счете компенсирует утечку из атмосферы. Достаточно сказать, что за счет сжигания только одного каменного угля атмосфере ежегодно (в середине нашего века) возвращалось в виде более 1 млрд т углерода. Принимая во внимание потребление и других видов ископаемого горючего (торфа, нефти и др.), а также ряд промышленных процессов, ведущих к выделению , можно полагать, что эта цифра в действительности еще более высокая.

Таким образом, влияние человека на циклы превращений углерода по своему направлению прямо противоположно суммарному результату естественного цикла:

Энергетический баланс Земли слагается из различных источников, однако главнейшими из них являются солнечная и радиоактивная энергия. В ходе эволюции Земли радиоактивный распад был интенсивным, и 3 млрд лет тому назад радиоактивного тепла было в 20 раз больше, чем сейчас. В настоящее время тепло солнечных лучей, падающих на Землю, значительно превосходит внутреннее тепло от радиоактивного распада, так что основным источником тепла сейчас можно считать энергию Солнца. Солнце дает нам в год ккал тепла. Согласно приведенной выше схеме, 40% солнечной энергии отражается Землей в мировое пространство, 60% поглощается атмосферой и почвой. Часть этой энергии расходуется на фотосинтез, часть идет на окисление органических веществ, а часть консервируется в угле, нефти, торфе. Солнечная энергия возбуждает на Земле грандиозные по своим масштабам климатические, геологические и биологические процессы. Под влиянием биосферы солнечная энергия преобразуется в различные формы энергии, обусловливающие огромные по размерам превращения, миграции, круговорот веществ. Несмотря на свою грандиозность, биосфера является открытой системой, так как постоянно получает поток солнечной энергии.

Фотосинтез включает сложный комплекс различных по природе реакций. В этом процессе происходит перестройка связей в молекулах и , так что вместо прежних связей углерод-кислород и водород-кислород возникает новый тип химических связей: углерод-водород и углерод-углерод:

В результате этих превращений возникает молекула углевода, которая представляет собой концентрат энергии в клетке. Таким образом, в химическом отношении сущность фотосинтеза заключается в перестройке химических связей. С этой точки зрения, фотосинтезом можно называть процесс синтеза органических соединений, идущий за счет световой энергии. Суммарное уравнение фотосинтеза показывает, что кроме углеводов образуется также и кислород:

но это уравнение не дает представления о его механизме. Фотосинтез - это сложный, многоступенчатый процесс, в котором с биохимической точки зрения центральная роль принадлежит хлорофиллу - органическому веществу зеленого цвета, которое поглощает квант солнечной энергии. Механизм процессов фотосинтеза может быть представлен следующей схемой:

Как видно из схемы, в световой фазе фотосинтеза избыточная энергия "возбужденных" электронов порождает для процесса: фотолиз - с образованием молекулярного кислорода и атомарного водорода:

и синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) и фосфорной кислоты (Ф). В темновой фазе идет синтез углеводов, для осуществления которого расходуется энергия АТФ и атомов водорода, возникающих в световую фазу в результате преобразования световой энергии Солнца. Общая продуктивность фотосинтеза огромна: ежегодно растительность Земли связывает 170 млрд т углерода. Помимо того, растения вовлекают в синтез миллиарды тонн фосфора, серы и других элементов, в результате чего ежегодно синтезируется около 400 млрд т органических веществ. Тем не менее при всей своей грандиозности природный фотосинтез - медленный и малоэффективный процесс, поскольку зеленый лист использует для фотосинтеза всего 1% падающей на него солнечной энергии.

Как отмечалось выше, в результате поглощения углекислоты и дальнейших ее преобразований в ходе фотосинтеза образуется молекула углевода, которая служит углеродным скелетом для построения всех органических соединений в клетке. Органические вещества, возникшие в процессе фотосинтеза, характеризуются высоким запасом внутренней энергии. Но энергия, аккумулированная в конечных продуктах фотосинтеза, недоступна для непосредственного использования ее в химических реакциях, протекающих в живых организмах. Перевод этой потенциальной энергии в активную форму осуществляется в другом биохимическом процессе - дыхании . Основная химическая реакция процесса дыхания - это поглощение кислорода и выделение углекислого газа:

Однако процесс дыхания очень сложный. Он включает активацию атомов водорода органического субстрата, освобождение и мобилизацию энергии в виде АТФ и генерации углеродных скелетов. В процессе дыхания углеводы, жиры и белки в реакциях биологического окисления и постепенной перестройки органического скелета отдают свои атомы водорода с образованием восстановленных форм. Последние при окислении в дыхательной цепи освобождают энергию, которая аккумулируется в активной форме в сопряженных реакциях синтеза АТФ. Таким образом, фотосинтез и дыхание - это различные, но весьма тесно связанные стороны общего энергообмена. В клетках зеленых растений процессы фотосинтеза и дыхания тесно сопряжены. Процесс дыхания в них, как и во всех других живых клетках, идет постоянно. Днем наряду с дыханием в них происходит фотосинтез: растительные клетки преобразуют световую энергию в химическую, синтезируя органическое вещество, а в качестве побочного продукта реакции выделяя кислород. Количество кислорода, выделяемого растительной клеткой в процессе фотосинтеза, в 20-30 раз больше, чем поглощение его в одновременно идущем процессе дыхания. Таким образом, днем, когда в растениях идут оба процесса, воздух обогащается кислородом, а ночью, когда фотосинтез прекращается, сохраняется только процесс дыхания.

В организм человека необходимый для дыхания кислород поступает через легкие, тонкие и влажные стенки которых имеют большую поверхность (порядка 90 ) и пронизаны кровеносными сосудами. Попадая в них, кислород образует с гемоглобином, заключенным в красных кровяных клетках - эритроцитах, - непрочное химическое соединение - оксигемоглобин и в таком виде красной артериальной кровью разносится ко всем тканям тела. В них кислород отщепляется от гемоглобина и включается в различные обменные процессы, в частности окисляет органические вещества, поступившие в организм в виде пищи. В тканях к гемоглобину присоединяется углекислый газ, образуя непрочное соединение - карбгемоглобин. В таком виде, а также частично в виде солей угольной кислоты и в физически растворенном виде углекислый газ с током темной венозной крови поступает в легкие, где и выводится из организма. Схематически этот процесс газообмена в организме человека можно представить следующими реакциями:

Обычно вдыхаемый человеком воздух содержит 21% (по объему) и 0,03% , а выдыхаемый - 16% и 4% ; за сутки человек выдыхает 0,5 . Аналогично кислороду реагирует с гемоглобином угарный газ (СО), причем образующееся соединение Гем. СО значительно более прочно. Поэтому даже при небольших концентрациях СО в воздухе значительная часть гемоглобина оказывается связанной с ним и перестает участвовать в переносе кислорода. При содержании в воздухе 0,1% СО (по объему), т.е. при соотношении СО и 1: 200 гемоглобином связываются равные количества обоих газов. В силу этого при вдыхании отравленного окисью углерода воздуха смерть от удушья может наступить, несмотря на наличие избытка кислорода.

Брожение как процесс распада сахаристых веществ в присутствии особого рода микроорганизмов настолько часто протекает в природе, что спирт, хотя и в ничтожных количествах, является постоянной составной частью почвенных вод, а пары: его всегда в небольших количествах содержатся в воздухе. Простейшая схема брожения может быть представлена уравнением:

Хотя механизм процессов брожения сложен, все же можно утверждать, что чрезвычайно важную роль в нем играют производные фосфорной кислоты (АТФ), а также ряд ферментов.

Гниение - сложный биохимический процесс, в результате которого экскременты, трупы, останки растений возвращают почве ранее взятый из нее связанный азот. Под влиянием особых бактерий в конечном счете этот связанный азот переходит в аммиак и соли аммония. Кроме того, при гниении часть связанного азота переходит в свободный азот и теряется.

Как следует из приведенной выше схемы, часть солнечной энергии, поглощаемой нашей планетой, "консервируется" в виде торфа, нефти, угля. Мощные сдвиги земной коры погребали под слоями горных пород громадные растительные массивы. При разложении отмерших растительных организмов без доступа воздуха из них выделяются летучие продукты распада, а остаток постепенно обогащается углеродом. Это соответствующим образом сказывается на химическом составе и теплотворной способности продукта разложения, который в зависимости от его особенностей называют торфом, бурым и каменным углем (антрацитом). Подобно растительной, животная жизнь минувших эпох также оставила нам ценное наследство - нефть. Современные океаны и моря содержат громадные скопления простейших организмов в верхних слоях воды до глубины примерно 200 м (планктон) и в придонной области не очень глубоких мест (бентос). Общая масса планктона и бентоса оценивается громадной цифрой (~ т). Будучи основой питания всех более сложных морских организмов, планктон и бентос в настоящее время вряд ли накапливаются в виде останков. Однако в далекие геологические эпохи, когда условия для их развития были более благоприятными, а потребителей намного меньше, чем сейчас, останки планктона и бентоса, а также, возможно, и более высокоорганизованных животных, массами гибнувших в силу тех или иных причин, могли стать основным строительным материалом для образования нефти. Сырая нефть представляет собой нерастворимую в воде маслянистую жидкость черного или коричневого цвета. В ее состав входят 83-87% углерода, 10-14% водорода и небольшие количества азота, кислорода и серы. Ее теплотворная способность выше, чем у антрацита, и оценивается величиной 11000 ккал/кг.

Под биомассой понимается совокупность всех живых организмов биосферы, т.е. количество органического вещества и заключенной в нем энергии всей совокупности особей. Биомассу обычно выражают в весовых единицах в пересчете на сухое вещество на единицу площади или объема. Накопление биомассы обусловливается жизнедеятельностью зеленых растений. В биогеоценозах они как производители живого вещества играют роль "продуцентов ", растительноядные и плотоядные животные как потребители живого органического вещества - роль "консументов ", а разрушители органических остатков (микроорганизмы), доводящие распад органического вещества до простых минеральных соединений, - "редуцентов ". Особой энергетической характеристикой биомассы является ее способность к размножению. По определению В.И. Вернадского, "живое вещество (совокупность организмов) подобно массе газа растекается по земной поверхности и оказывает определенное давление в окружающей среде, обходит препятствия, мешающие его продвижению, или ими овладевает, их покрывает. Это движение достигается путем размножения организмов". На поверхности суши увеличение биомассы происходит в направлении от полюсов к экватору. В этом же направлении возрастает и количество видов, участвующих в биогеоценозах (см. ниже). Биоценозы почв покрывают всю поверхность суши.

Почва - это рыхлый поверхностный слой земной коры, изменяемый атмосферой и организмами и постоянно пополняемый органическими остатками. Мощность почвы наряду с поверхностной биомассой и под ее влиянием увеличивается от полюсов к экватору. Почва плотно заселена живыми организмами, и в ней происходит непрерывный газообмен. Ночью при охлаждении и сжатии газов в нее проникает некоторое количество воздуха. Кислород воздуха поглощается животными и растениями и входит в состав химических соединений. Проникший с воздухом азот улавливается некоторыми бактериями. Днем при нагревании почвы из нее выделяются аммиак, сероводород и углекислый газ. Все процессы, происходящие в почве, входят в круговорот веществ биосферы.

Гидросфера Земли , или Мировой океан , занимает более 2/3 поверхности планеты. Физические свойства и химический состав вод океана весьма постоянны и создают среду, благоприятную для жизни. Водные животные выделяют при дыхании , а водоросли при фотосинтезе обогащают воду . Фотосинтез водорослей происходит главным образом в верхнем слое воды - на глубине до 100 м. На долю планктона океана приходится 1/3 фотосинтеза, происходящего на всей планете. В океане биомасса в основном рассеяна. В среднем биомасса на Земле, по современным данным, составляет примерно т, масса зеленых растений суши - 97%, животных и микроорганизмов - 3%. В Мировом океане живой биомассы в 1000 раз меньше, чем на суше. Использование солнечной энергии на площади океана - 0,04%, на суше - 0,1%. Океан не так богат жизнью, как это предполагалось еще недавно.

Человечество составляет лишь небольшую часть биомассы биосферы. Однако, овладев различными формами энергии - механической, электрической, атомной, - оно стало оказывать громадное влияние на процессы, протекающие в биосфере. Человеческая деятельность превратилась в столь мощную силу, что эта сила стала соизмеримой с естественными силами природы. Анализ результатов деятельности человека, влияния этой деятельности на биосферу в целом привел академика В.И. Вернадского к выводу о том, что в настоящее время человечество создало новую оболочку Земли - "разумную". Вернадский назвал ее "ноосферой ". Ноосфера - это "коллективный разум человека, сконцентрированный как в его потенциальных возможностях, так и в кинетических воздействиях на биосферу. Эти воздействия, однако, на протяжении веков носили стихийный, а подчас и хищнический характер, и следствием такого воздействия стало угрожающее загрязнение окружающей среды, со всеми вытекающими отсюда последствиями".

Рассмотрение вопросов, связанных с проблемой охраны окружающей среды, требует уточнения понятия "окружающая среда ". Под этим термином понимается вся наша планета плюс тонкая оболочка жизни - биосфера, плюс космическое пространство, окружающее нас и воздействующее на нас. Однако часто для упрощения под окружающей средой подразумевают лишь биосферу и часть нашей планеты - земную кору. По В.И. Вернадскому, биосфера - это "область существования живого вещества". Живым веществом называют совокупность всех живых организмов, включая человека.

Экология как наука о взаимоотношениях организмов между собой, а также между организмами и средой обитания особое внимание уделяет изучению тех сложных систем (экосистем), которые возникают в природе на основе взаимодействия организмов между собой и неорганической средой обитания. Отсюда экосистемой называется совокупность живых и неживых компонентов природы, находящихся во взаимодействии. Это понятие применяется к единицам различной протяженности - от муравейника (микроэкосистема) до океана (макроэкосистема). Сама биосфера является гигантской экосистемой земного шара.

Связи между компонентами экосистемы возникают прежде всего на основе пищевых связей и способов получения энергии. По способу получения и использования питательных материалов и энергии все организмы биосферы разделяются на две резко различающиеся группы: автотрофы и гетеротфоры. Автотрофы способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений (, и др.). Из этих бедных энергией соединений клетки синтезируют глюкозу, аминокислоты, а затем и более сложные органические соединения - углеводы, белки и т.д. Главными автотрофами на Земле являются клетки зеленых растений, а также некоторые микроорганизмы. Гетеротрофы не способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений. Они нуждаются в доставке уже готовых органических соединений. Гетеротрофами являются клетки животных, человека, большинства микроорганизмов и некоторых растений (например, грибов и зеленых растений, не содержащих хлорофилла). В процессе питания гетеротрофы в конечном счете разлагают органическое вещество до углекислоты, воды и минеральных солей, т.е. веществ, пригодных для повторного использования автотрофами.

Таким образом, в природе возникает непрерывный круговорот веществ: необходимые для жизни химические вещества извлекаются автотрофами из окружающей среды и через ряд гетеротрофов вновь в нее возвращаются. Для осуществления этого процесса необходим постоянный приток энергии извне. Его источником служит лучистая энергия Солнца. Движение вещества, вызванное деятельностью организмов, происходит циклически, и оно может быть использовано вновь и вновь, тогда как энергия в этих процессах представлена однонаправленным потоком. Энергия Солнца лишь трансформируется организмами в другие формы - химическую, механическую, тепловую. В соответствии с законами термодинамики такие превращения всегда сопровождаются рассеиванием части энергии в форме тепла. Хотя общая схема круговорота веществ сравнительно проста, в реальных условиях природы этот процесс принимает очень сложные формы. Ни один вид гетеротрофных организмов не способен сразу расщеплять органическое вещество растений до конечных минеральных продуктов (, и др.). Каждый вид использует лишь часть содержащейся в органическом веществе энергии, доводя его распад до определенной стадии. Непригодные для данного вида, но еще богатые энергией остатки используются другими организмами. Таким образом, в процессе эволюции в экосистеме сложились цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих материалы и энергию из исходного пищевого вещества. Все виды, образующие пищевую цепь, существуют за счет органического вещества, генерируемого зелеными растениями.

Суммарно лишь 1% лучистой энергии Солнца, падающей на растения, превращается в энергию синтезированных органических веществ, которые могут быть использованы гетеротрофными организмами. Большая же часть энергии, содержащейся в растительной пище, расходуется в организме животных на различные процессы жизнедеятельности и, превращаясь в тепло, рассеивается. При этом только 10-20% этой энергии пищи идет непосредственно на построение нового вещества. Большие потери полезной энергии предопределяют то, что цепи питания состоят из небольшого числа звеньев (3-5). Другими словами, в результате потерь энергии количество образующегося органического вещества на каждом последующем уровне пищевых цепей резко уменьшается. Эта важная закономерность называется правилом экологической пирамиды и на диаграмме представляется пирамидой, в которой каждому последующему уровню отвечает плоскость, параллельная основанию пирамиды. Имеются различные категории экологических пирамид: пирамида чисел - отражающая число особей на каждом уровне пищевой цепи, пирамида биомассы - отражающая соответственно количество органического вещества, пирамида энергии - отражающая количество энергии в пище.

Любая экосистема состоит из двух компонентов. Один из них - органический, представляющий комплекс видов, образующих самоподдерживающуюся систему, в которой осуществляется круговорот веществ, который называется биоценозом , другой - это неорганический компонент, дающий пристанище биоценозу и называемый биотоном :

Экосистема = биотон + биоценоз.

Другие экосистемы, а также геологические, климатические, космические воздействия по отношению к данной экологической системе выступают как внешние силы. Устойчивость экосистемы всегда связана с ее развитием. Согласно современным воззрениям, экосистема обладает тенденцией развиваться в направлении к ее устойчивому состоянию - зрелой экосистеме. Это изменение называется сукцессией . Ранние стадии сукцессии характеризуются незначительным видовым разнообразием и небольшой биомассой. Экосистема в начальной стадии развития очень чувствительна к нарушениям, и сильное воздействие на основной поток энергии может ее разрушить. В зрелых экосистемах флора и фауна увеличиваются. В этом случае повреждение одного компонента не может оказать сильного влияния на всю экосистему. Отсюда зрелая экосистема имеет высокую степень устойчивости.

Как отмечалось выше, геологические, климатические, гидрогеологические и космические воздействия по отношению к данной экологической системе выступают как внешние силы. Среди внешних сил, оказывающих влияние на экосистемы, особое место занимает воздействие человека. Биологические законы строения, функционирования и развития природных экосистем связаны только с теми организмами, которые являются их необходимыми компонентами. В связи с этим человек как в социальном (личность), так и в биологическом (организм) плане не входит в состав природных экосистем. Это вытекает хотя бы из того, что любая природная экосистема в своем возникновении и развитии может обходиться без человека. Человек не является необходимым элементом этой системы. Кроме того, возникновение и существование организмов обусловлено только общими закономерностями экосистемы, тогда как человек порождается обществом и существует в обществе. Человек как личность и как биологическое существо является компонентом особой системы - человеческого общества , которая обладает исторически меняющимися экономическими законами распределения продуктов питания и других условий его существования. При этом элементы, необходимые для жизни, такие, как воздух и вода, человек получает извне , поскольку человеческое общество - это открытая система, в которую энергия и вещество поступают извне. Таким образом, человек является "внешним элементом" и не может вступать в постоянные биологические связи с элементами природных экосистем. С другой стороны, выступая в качестве внешней силы, человек оказывает большое влияние на экосистемы. В этой связи следует указать на возможность существования двух типов экосистем: естественных (природных) и искусственных. Развитие (сукцессия) естественных экосистем подчиняется законам эволюции или законам космических воздействий (постоянству или катастрофам). Искусственные экосистемы - это совокупности живых организмов и растений, живущих в условиях, которые создал человек своим трудом, своей мыслью. Сила воздействия человека на природу проявляется именно в искусственных экосистемах, которые охватывают сегодня большую часть биосферы Земли.

Экологическое вмешательство человека, очевидно, всегда имело место. Всю предшествующую деятельность человека можно рассматривать как процесс подчинения многих или даже всех экологических систем, всех биоценозов потребностям человека. Вмешательство человека не могло не влиять на экологическое равновесие. Еще древний человек, выжигая леса, нарушал экологическое равновесие, но делал он это медленно и в относительно малых масштабах. Такое вмешательство носило больше локальный характер и не вызывало глобальных последствий. Другими словами, деятельность человека того времени проходила в условиях, близких к равновесным. Однако сейчас воздействие человека на природу в силу развития науки, техники и технологии приняло такой размах, что нарушение экологического равновесия стало угрожающим в глобальном масштабе. Если бы процесс воздействия человека на экосистемы не был стихийным, а подчас и хищническим, то вопрос об экологическом кризисе не стоял бы так остро. Между тем деятельность человека на сегодня стала настолько соизмерима с мощными силами природы, что сама природа уже не в состоянии справляться с испытываемыми ею нагрузками.

Таким образом, основная сущность проблемы охраны окружающей среды заключается в том, что человечество благодаря своей трудовой деятельности превратилось в столь мощную природообразующую силу, что ее влияние стало проявляться много быстрее, чем влияние естественной эволюции биосферы.

Хотя термин "охрана окружающей среды" на сегодня весьма распространен, он все же не строго отражает существо дела. Физиолог И.М. Сеченов в свое время указывал, что живой организм не может существовать без взаимодействия с окружающей средой. С этой точки зрения, по-видимому, более строгим является термин "рациональное использование окружающей среды". В целом же проблема рационального использования окружающей среды заключается в поиске механизмов, обеспечивающих нормальное функционирование биосферы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение понятия "окружающая среда".

2. В чем состоит основная сущность проблемы охраны окружающей среды?

3. Перечислите различные аспекты проблемы охраны окружающей среды.

4. Дайте определение термина "химическая экология".

5. Перечислите основные геосферы нашей планеты.

6. Укажите факторы, определяющие верхний и нижний пределы биосферы.

7. Перечислите биофильные элементы.

8. Прокомментируйте влияние деятельности человека на естественный цикл превращений углерода.

9. Что Вы можете сказать о механизме фотосинтеза?

10. Приведите схему процесса дыхания.

11. Приведите схему процессов брожения.