Энергетические загрязнения техносферы. Загрязнения атмосферы, гидросферы, земель

Основная доля солнечной радиации передается к  поверхности Земли в оптическом диапазоне, а излучаемая поверхностью Земли энергия – в инфракрасном (ИК). Поэтому доля отражаемой лучистой энергии, поглощаемой атмосферой, зависит от количества многоатомных минигазов и пыли в ее составе. Чем выше концентрация минигазов и пыли в атмосфере, тем меньше доля отраженной солнечной радиации уходит в космическое пространство, тем больше теплоты задерживается в биосфере за счет парникового эффекта. ИК-излучение поглощается метаном, фреонами, озоном, оксидом азота в диапазоне длины волн 1…9 мкм, а парами воды и углекислым газом при длине волн 12 мкм и долее.

Источниками техногенных парниковых газов являются: теплотехника, промышленность и автотранспорт, они выделяют СО2; химические производства, утечки из трубопроводов, гниение мусора и отходов животноводства определяют поступление СН4; холодильное оборудование, бытовая химия – фреонов; автотранспорт, ТЭС, промышленность – оксидов азота и т.п. Доля парникового эффекта в нагреве биосферы в 16,6 раза больше доли других источников антропогенного поступления теплоты. Рост концентрации минигазов в атмосфере и, как следствие, повышение доли теплоты ИК-излучения, задерживаемой атмосферой, неизбежно сопровождается ростом температуры поверхности Земли.

Парниковый  эффект в атмосфере – довольно распространенное явление и на региональном уровне. Техногенные источники теплоты, сконцентрированные в крупных городах и промышленных центрах, интенсивное поступление парниковых газов и пыли, устойчивое состояние атмосферы создают около городов пространство радиусом 50 км и более с повышенными на 1…50С температурами и высокими концентрациями загрязнений. Эти зоны (купола) над городом хорошо просматриваются из космического пространства. Они разрушаются лишь при интенсивных движениях больших масс атмосферного воздуха.

Техногенные загрязнения  атмосферы не ограничиваются приземной зоной. Определенная часть примесей поступает в озоновый слой и разрушает его. Разрушение озонового слоя опасно для биосферы, так как оно сопровождается значительным повышением доли ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 290 нм, достигающего земной поверхности. Эти излучения губительны для растительности, особенно для зерновых культур, представляют собой источник канцерогенной опасности для человека, стимулируют рост глазных заболеваний.

Основными веществами, разрушающими озоновый слой, являются соединения хлора, азота. Источниками поступления соединений хлора и азота в озоновый слой могут быть: вулканические газы; технологии с применением фреонов; атомные взрывы; самолеты; ракеты.

 

1.2 Загрязнение гидросферы

 

При использовании  воду, как правило, загрязняют, а  затем сбрасывают в водоемы. Внутренние водоемы загрязняются сточными водами различных отраслей промышленности, сельского и жилищно-коммунального хозяйства, а также поверхностными стоками. Основными источниками загрязнений являются промышленность и сельское хозяйство.

Загрязнители  делятся на биологические (органические микроорганизмы), вызывающие брожение воды; химические, изменяющие химический состав воды; физические, изменяющие ее прочность (мутность), температуру и  другие показатели.

Биологические загрязнения попадают в водоемы с бытовыми и промышленными стоками, в основном предприятий пищевой, медико-биологической, целлюлозно-бумажной промышленности.

Химические  загрязнения поступают в водоемы  с промышленными, поверхностными и  бытовыми стоками. К ним относятся: нефтепродукты, тяжелые металлы и их соединения, минеральные удобрения, пестициды, моющие средства. Наиболее опасны свинец, ртуть, кадмий. Физические загрязнения поступают в водоемы с промышленными стоками, при сбросах из выработок шахт, карьеров, при смывах с территорий промышленных зон, городов, транспортных магистралей, за счет осаждения атмосферной пыли.

 

Таблица 4. Поступление  тяжелых металлов в мировой океан, т/год

Химический  элемент	Сток с суши	Атмосферный перенос
Свинец	(1…..20)105	(2….20)105
Ртуть	(5….8)103	(2….3)103
Кадмий	(1…..20)103	(5….40)102

 

В результате техногенной  деятельности многие водоемы мира и  нашей страны крайне загрязнены. Уровень  загрязненности воды по отдельным ингредиентам превышает 10 ПДК. Воздействие на гидросферу приводит к следующим негативным последствиям:

снижаются запасы питьевой воды (около 40% контролируемых водоемов имеют загрязнения, превышает 10 ПДК);

изменяются  состояние и развитие фауны и  флоры водоемов;

нарушается  круговорот многих веществ в биосфере;

снижаются биомассы планеты и, как следствие, воспроизводство кислорода.

Опасны не только первичные загрязнения поверхностных  вод, но и вторичные, образовавшиеся в результате химических реакций  веществ в водной среде. Большую  опасность загрязненные сточные  воды представляют в тех случаях, когда структура грунта не исключает их попадание в зону залегания грунтовых вод. В ряде случаев до 30….40% тяжелых металлов из почвы поступает в грунтовые воды.

 

1.3 Энергетические загрязнения атмосферы

 

К зонам со значительными  техногенными опасностями относятся транспортные магистрали, зоны излучения радио- и телепередающих систем, промышленные зоны. Возможно проявление опасности при использовании человеком на производстве и в быту технических устройств: электрических сетей и приборов, станков, ручного инструмента, газовых баллонов и газовых сетей, оружия. Возникновение опасности в таких случаях связано, как правило, с наличием неисправностей в технических устройствах или неправильными действиями человека при их использовании. Уровень опасности при этом определяется энергетическими показателями технических устройств, которые существенно возросли в ХХ столетии, поскольку человек получил в свое распоряжение мощную технику, огромные запасы углеводородного сырья, химических и бактериологических веществ.

Промышленные  предприятия, объекты энергетики, связи  и транспорт являются источниками  энергетического загрязнения промышленных регионов, городской среды, жилищ  и природных зон. К энергетическим загрязнениям относят вибрационное и акустическое воздействие, электромагнитные поля и излучения, воздействия радионуклидов и ионизирующих излучений.

 

 

1.4 Загрязнение земель

 

Нарушение верхних  слоев земной коры происходит при: добычи полезных ископаемых и их обогащении; захоронения бытовых и промышленных отходов; проведении военных учений и испытаний. Почвенный покров существенно  загрязняется осадками в зонах рассеивания  различных выбросов в атмосфере, пахотные земли – при внесении удобрений и применений пестицидов. Примерами значительного накопления отходов, связанных с добычей полезных ископаемых, могут служить терриконы угольных шахт, отвалы вблизи карьеров при наземной добычи руд. Практически весь объем образующихся токсичных отходов (95%) имеет промышленное происхождение, а остальные 5% отходов этой категории распределяются почти поровну между сельскими хозяйствами и ЖКХ.

Среди отраслей промышленности наибольшие объемы образования отходов отмечены в металлургии, на химических и нефтехимических производствах, в угольной промышленности. В настоящее время одной из самых острых проблем является утилизация и захоронение радиоактивных отходов и, прежде всего, отходов АЭС. Опасны и значительны отходы сельскохозяйственного производства – навоз, остатки ядохимикатов, кладбища животных.

В связи с  недостаточным количеством полигонов  для складирования и захоронения  промышленных и бытовых отходов  широко распространена практика размещения их в местах неорганизованного складирования отходов, что представляет особую опасность для окружающей среды. Существенно загрязнения земель в результате седиментации токсичных веществ из атмосферы. Наибольшую опасность представляют предприятия цветной и черной металлургии. Зоны загрязнений их выбросами имеют радиусы около 20….50 км, а превышение ПДК достигает 100 раз. К загрязнителям относятся высокотоксичные свинец, ртуть и др.

Опасны выбросы  мусоросжигающих заводов, содержащие тетраэтилсвинец, ртуть, диоксиды и т.п. Выбросы ТЭС содержат бенз(а)пирен, соединения ванадия, радионуклиды, кислоты и другие токсичные вещества. Зоны загрязнения почвы около трубы имеют радиусы 5 км и более.

Интенсивно  загрязняются пахотные земли при  внесении удобрений и использований пестицидов. Внесение удобрений компенсирует изъятие растениями из почвы азота, фосфора, калия и других веществ. Однако вместе с удобрениями, содержащими эти вещества, в почву вносятся тяжелые металлы и их соединения, которые содержатся в удобрениях как примеси. К ним относятся: кадмий, медь, никель, свинец, хром. Особую опасность представляет использование в качестве удобрений осадков промышленных сточных вод, как правило, насыщенных отходами гальванического и других производств.

Техногенное воздействие на почву сопровождается:

отторжением пахотных земель или уменьшением их плодородия;

чрезмерным  насыщением токсичными веществами растений, что неизбежно приводит к загрязнению  продуктов питания растительного  и животного происхождения. В  настоящее время до 70% токсичного воздействия на человека приходится на пищевые продукты;

нарушение биоценозов вследствие гибели насекомых, птиц, животных, некоторых видов растений;

загрязнением  грунтовых вод, особенно в зоне свалок и сброса сточных вод.

 

          2. Отходы – источник негативных факторов техносферы

атмосфера загрязнение излучение

Любой процесс в техногенной и природной среде совершается с образованием отходов в виде материальных и энергетических потоков. Закон о неустранимости отходов и побочных воздействий производств гласит: «В любом хозяйственном цикле образуются отходы и побочные эффекты, они не устранимы и могут быть переведены из одной физико-химической формы в другую или перемещены в пространстве». Отходы сопровождают работу любого производства (промышленного, сельскохозяйственного и т.п.). Отходы поступают окружающую среду от любого производства в виде:

выбросов в  атмосферу;

 сбросов в водоемы;

 твердых промышленных и бытовых отходов и мусора на поверхность и в недра земли.

Кроме материальных отходов, работа производств и реализация различных технологий связана с поступлением в среду обитания потоков энергии различных видов:

механической  шум, вибрация;

тепловой;

электромагнитной и т. п.

Отходы поступают во все  элементы техносферы:

в рабочие и иные зоны производственных помещений;

на промышленные площадки;

в городскую среду и  жилые помещения.

Они негативно воздействуют на природную среду.

Отходы загрязняют среду  обитания и образуют в ней опасные  зоны, для которых характерны высокие  концентрации токсичных веществ и/или повышенные уровни энергетического воздействия.

 

          2.1 Вибрация

 

Малые механические колебания, возникающие в упругих телах  или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля, называются вибрацией.

Причиной возбуждения вибраций являются возникающие при работе машин и агрегатов неуравновешенные силовые воздействия, которые возникают:

- при возвратно-поступательных движениях систем (кривошипно-шатунные механизмы, ручные перфораторы, вибротрамбовки и т.п.)

- в результате наличия неуравновешенных вращающихся масс (ручные электрические и пневматические шлифовальные машины, режущий инструмент станков и т.п.)

- при ударах деталей  (зубчатые зацепления, подшипниковые  узлы).

Основными параметрами вибрации являются:

амплитуда виброперемещения

 амплитуда колебательной скорости (виброскорости)

 амплитуда колебательного ускорения (виброускорения)

 период колебаний

 частота колебаний.

Вибрации, воздействующие на человека, можно классифицировать по ряду признаков:

1. По способу передачи вибрации на человеческий организма

- общая

- локальная.

2. По характеру спектра

- узкополосные вибрации, у которых контролируемые параметры  в одной третьоктавной полосе  частот более чем на 15 дБ превышает  значения в соседних третьоктавных  полосах;

- широкополосные вибрации – с непрерывным спектром шириной более одной октавы.

3. По частотному составу

- низкочастотные вибрации – с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 1¸4 Гц для общих вибраций, 8¸16 Гц для локальных вибраций;

- среднечастотные вибрации – с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 8¸16 Гц для общих вибраций, 31.5¸63 Гц для локальных вибраций;

- высокочастотные вибрации – с преобладанием максимальных уровней в октавных полосах частот 31.5¸63 Гц для общих вибраций, 125¸1000 Гц для локальных вибраций.

4. По временным характеристикам: