Загрязнение и здоровье окружающей среды

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

отходов должны быть большие, хорошо спроектированные и эффективно

управляемые земляные насыпи для удаления твердых отходов.

Если мы хотим пойти по разумному пути, предоставив природе значительную

часть работы по удалению отходов, то следует оставлять обширные

пространства суши и воды незанятыми, что, как уже указывалось, представляет

собой одновременно одну из лучших мер предотвращения «переразвития». Так,

новые станции очистки нельзя строить по берегам рек или посреди

перенаселенных районов, а следует размещать среди природных территорий,

достаточно обширных для переработки разрушаемых отходов и для захоронения

очень опасных отбросов (таких, как радиоактивные загрязнения, кислоты и т.

п.), которые никогда не должны попадать в общую среду обитания.

[pic]

Фиг. 219. Схема зоны обработки отходов для будущей атомной электростанции

(а), расположенной в естественном водосборном бассейне (очерчен пунктиром).

Тепловые отходы (т. с. тепловое загрязнение) — вода, используемая для

охлаждения реактора (б), вытекают из большого накопительного бассейна в и

полностью рассеиваются, испаряясь из сети мелких прудов н систем

дождевальных установок. Теплые пруды можно использовать для разведения

рыбы, спортивного рыболовства и других видов отдыха и развлечений. Орошение

наземных участков водосборного бассейна повышает урожай полезных лесных и

сельскохозяйственных продуктов; в то же время пода, пройдя через наземные

«живые фильтры», вновь стекает в реки, пруды и попадает в грунт.

Слабоактивные и твердые отходы захороняются на специальных участках (г).

Высокоактивные отходы отработанного ядерного горючего вывозятся в

специальные места захоронения радиоактивных отходов, расположенные вне

данной зоны. Состав речных и грунтовых вод и газов из дымовых труб

непрерывно регистрируется у плотин id], в специальных скважинах (е) и при

помощи специальных установок в трубах. Благодаря такому контролю не

допускается утечка загрязнений из зоны. Эта система имеет следующие

основные входы и выходы (пронумерованные стрелки по краям схемы): / —

поступление солнечного света и атмосферных осадков; 2 — выход радиоактивных

отходов в захоронения; 3 — электроэнергия в города и т. п.; 4 — вход

ядерного и прочего горючего; 5 — выход пищевых продуктов, волокна, чистого

воздуха и т. п.; 6 ~ сток чистой воды для сельского хозяйства,

промышленности и городов; 7 — использование для отдыха, а также для

обучения и научных исследований. Площадь такой зоны обработки отходов'

зависит от климата и рельефа местности, а также от электрических и других

силовых установок, требующих охлаждения. Минимальная площадь, необходимая

для 100%-ной переработки отходов (загрязнений), с учетом возможных аварий И

механических поломок составит 400 га на электростанцию мощностью 2500 МВт.

В зоне обработки отходов такой емкости можно было бы разместить также

предприятия легкой промышленности. Предприятия тяжелой промышленности

следует размещать в пределах собственной зоны обработки отходов.

В прошлом при проектировании городов предусматривали подходящее

пространство площадью 20—40 га для зоны обработки отходов. Крупному

промышленному комплексу для собственной установки по переработке отходов

может потребоваться от 400 до 4000 га (см. подписи к фиг. 218 и 219).

Восстановленная вода и извлеченные из отходов полезные материалы с избытком

покроют стоимость земельного участка. Отделение промышленных предприятий и

аэропортов от жилых районов целесообразно также потому, что при этом

уменьшается шум. Самыми большими препятствиями для такого рода

«проектирования с природой» являются

разного рода правовые, экономические и политические препятствия. Если

владельцы промышленных предприятий и местные власти не разрабатывают (или

не могут этого делать из-за неадекватного законодательства) перспективных

планов, то людям придется все чаще прибегать к самому дорогому и технически

сложному третьему способу — искусственной переработке.

Для некоторых типов отходов, особенно в густонаселенных промышленных

районах, необходимы, конечно, абиотическая обработка и восстановление.

Механическая обработка представляет собой, вероятно, единственный способ

избавления от некоторых компонентов загрязнения воздуха, которые необходимо

задерживать (или сокращать их количество) у самого их источника. Если же

это технически невозможно, то следует найти замену порождающим эти

загрязнения процессам, потому что, как уже указывалось, очень скоро мы

окажемся не в состоянии выдержать все последствия загрязнения. Если нас

загонят в угол и мы будем вынуждены обратиться к дорогостоящей

искусственной переработке отходов, подобной применяемой для ядовитых

веществ, то кто будет оплачивать все связанные с этим расходы?

Фиг. 220. Обратимость антропогенной эвтрофикации в Каховском водохранилище.

Цифры 5—7 вверху относятся к следующим событиям: / — восемь разных

канализационных систем сбрасывают в водохранилище сточные воды; 2 — первое

заметное цветение нежелательных водорослей (Oscillatoria); 3 — впервые

отмечено летнее уменьшение кислорода в придонном слое (гиполимнионе); 4 —

проведение первого правительственного законопроекта о сточных водах (I960

г); 5 — первый этап отведения стоков от озера (1963 г.); б — второй этап

отведения стоков (196.1 г')- 7 — отведены все сточные воды (1967 г.).

Кривые отражают изменения 4 показателей: / — прозрачность- II — фосфатный

фосфор; /// — разнообразие диатомовых водорослей. IV —состав диатомовых

водорослей (% эвтрофических форм). Дальнейшие пояснения — в тексте.

Для космических кораблей созданы изощреннейшие системы механической

переработки отходов и регенерации воздуха и воды, но стоимость таких

установок совершенно фантастична. Закончим мы этот раздел на

оптимистической ноте. История Каховского водохранилища— крупного водоема,

вокруг которого расположился город Запорожье со своими пригородами, —

служит хорошей демонстрацией того, как можно перебороть тенденцию на

снижение качества воды, подойдя к этой проблеме с широких позиций и

объединив усилия города, области и страны. Изменение четырех показателей

качества воды Каховского водохранилища за период с 1970 по 2000 г. показано

на фиг. 220. Два из этих показателей представляют собой важные физические

характеристики воды, а два других относятся к разнообразию и составу

диатомовых водорослей, входящих в фитопланктон (т. е. это показатели

сообщества). В 80-х годах заводы стали сбрасывать в водоём все

увеличивающееся количество сточных вод, подвергнутых вторичной (неполной)

обработке, что привело к усилению антропогенной эвтрофикации (т. е.

обогащению воды биогенными веществами). Цветение водорослей и снижение

содержания кислорода в гиполимнионе послужили сигналом опасности и

привлекли внимание широкой общественности. В результате принятых мер в 1990

г. около трети стоков отвели от водохранилища, а к 1998 г. были отведены

почти все стоки. Как показывает фиг. 220, восстановление качества воды в

водоёме выглядит чрезвычайно эффектно: все четыре показателя резко

изменились. Учёные полагают, что за несколько лет водохранилище вернется к

состоянию по меньшей мере 1970 года. Хотя в водоёме еще имеется много

фосфатов и других биогенных веществ, они захороняются в осадках и таким

образом исключаются из годового биогеохимического цикла. Важный аспект

этого примера успешной ликвидации загрязнения состоит в том, что лимнологи

Украины в течение многих лет проводили на озере фундаментальные

исследования; поэтому тенденции и их причины были тщательно

документированы. Если бы этих данных не было, то контрмеры могли бы

начаться тогда, когда было бы уже слишком поздно (обратите внимание на

резкое возрастание скорости ухудшения показателей между 1980 и 1983 г.,

которые указывают, что водохранилище следовало «спасать» именно в это

время).

Наконец, следует отметить, что способ, использованный для снижения

загрязнения Каховского водохранилища, нельзя считать оптимальным: его

спасли, отведя стоки в более крупный водоем — залив Азовского моря.

Подлинное решение проблемы — это окончательная (полная) обработка отходов.

Вряд ли нужно откладывать это решение до тех пор, когда человечество

погубит океан. Как отметили учёные, пример с Каховским водохранилищем

показывает, что антропогенная эвтрофикация может быть обратимой.

РЕГИСТРАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Успех мероприятий по уменьшению загрязнений зависит, конечно, не только от

обработки и контроля, но также от эффективной регистрации и контроля

(мониторинга) общего состояния окружающей среды, так чтобы мы точно знали,

когда и где необходимо принять меры и какие именно. Контроль осуществляется

в двух основных формах: 1) прямое измерение концентрации загрязнителей или

ключевых веществ, таких, как кислород, содержание которых при загрязнении

уменьшается; 2) использование биологических показателей, которые могут быть

очень разными — от микробиологических методов и измерений ВПК до

индикаторов для целых сообществ.

В качестве примера контроля первого типа можно указать на непрерывную

регистрацию загрязнения воздуха над большими городами Украины. Сейчас это

осуществляется при помощи датчиков, смонтированных на самолете, которые

ежедневно измеряют и регистрируют концентрации SCb, NO2, CO и других

загрязнителей над большой областью. Во многих городах показатели

загрязнения воздуха входят в сводки 'погоды. Уже отмечалась необходимость

контроля содержания в атмосфере двуокиси углерода в глобальном масштабе.

Биологические показатели широко используются для контроля загрязнения воды.

В дополнение к показателям разнообразия и обычным индикаторным видам (фиг.

221) существует много полезных показателей функционирования сообщества,

например: отношение P к 'пороговой интенсивности (/о); за этот

порог .принимается интенсивность, соответствующая звуковому давлению в

0,0002 мкбар пространство, которое необходимо для обеспечения повседневных

зона черники и паслена; 4) угнетенный дубовый лес и 5) интактный дубово-

сосновый лес, в котором заметно некоторое угнетение роста, но нет погибших

растений.

[pic]

Фиг. 225. Влияние на дубово-сосновый лес градиента гамма-облучения от

высокоактивного неподвижного источника.

Облучение производилось в течение 2 лет по 20 ч в сутки (объяснения — в

тексте). А. Влияние длительного Y-излучения на состав растительного

сообщества. Б. Доминирующие формы в сообществе насекомых, населяющих

облученный лес.

Сходные результаты получены в других исследованиях, где лесную

растительность подвергали действию ионизирующего излучения. После

кратковременного интенсивного облучения, как у реактора без защиты в

Джорджии, деревья верхнего яруса на вид казались мертвыми и появилась

залежная растительность, состоявшая из однолетних трав и злаков. Однако в

последующие годы

(если облучение не повторяли) многие из лиственных деревьев восстановились,

дав вверх плотную поросль от корней и стволов (это говорит о том, что убиты

были только надземные части). Возник некий вариант низкоствольной

растительности, 'которая вскоре затенила всю залежную растительность.

Хотя, как мы отметили в предыдущем разделе, относительную чувствительность

разных видов высших растений можно предсказать, зная объем хромосом, другие

факторы, такие, как форма роста или взаимодействия между видами, могут

модифицировать реакцию вида в интактном сообществе. Травянистые сообщества

и ранние стадии сукцессии в общем случае более устойчивы, чем зрелые леса.

Это происходит не только потому, что у первых многие виды имеют более

мелкие ядра, но также и потому, что у них гораздо меньше «незащищенной»

биомассы над грунтом; к тому же мелкие травянистые растения

восстанавливаются гораздо быстрее, прорастая из семян или из защищенных

подземных частей (фиг. 178). Следовательно, такие признаки сообщества, как

биомасса и разнообразие, играют роль в восприимчивости к облучению

совершенно независимо от объема хромосом у отдельных видов.

Как и при всех других типах стресса, радиационный стресс вызывает

уменьшение видового разнообразия. В другом эксперименте, проведенном в

Брукхейвене, на залежную растительность действовали дозой 1000 рад в день.

Продукция сухого вещества в облученном сообществе оказалась выше, чем в

необлученном контроле, но видовое разнообразие катастрофически понизилось.

Вместо обычной смеси многих видов разнотравья и злаков на облученной залежи

вырос почти чистый травостой Panicum sanguinale (это, вероятно, не удивило

бы горожан, которые борются с этой травой на своих газонах!).

СУДЬБА РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Попадая в окружающую среду, радиоактивные изотопы достаточно часто

рассеиваются и разбавляются, но они .могут также различными способами

накапливаться в живых организмах и при продвижении по пищевой цепи. Эти

способы мы ранее объединили под рубрикой «Биологическое накопление» (см.

стр. 99—100). Если скорость поступления радиоактивных веществ выше скорости

их распада, то они могут просто накапливаться в воде, почве, осадках или

воздухе. Иными словами, мы можем поставлять «природе», казалось бы,

безобидное количество радиоактивности и получать ее обратно летальными

порциями!

Отношение содержания некоторого радиоактивного изотопа в организме к

содержанию его в окружающей среде часто называют коэффициентом накопления.

В химическом отношении радиоактивные изотопы ведут себя по существу так же,

как и нерадиоактивный изотоп того же элемента. Таким образом, накопление

радиоактивного изотопа в организме не связано с его радиоактивностью, но

просто демонстрирует в измеримой форме разницу концентраций данного

элемента в среде и в организме. Некоторые из самых ранних данных о

коэффициентах накопления в водных и наземных пищевых цепях были получены на

Ханфордском заводе Комиссией по атомной энергии на реке Колумбия, на

востоке штата Вашингтон (Фостер и Ростенбах, 1954; Хенсон и Корн-берг,

1956; Девис и Фостер, 1958). Следовые количества искусственно полученных

радиоактивных изотопов (32Р и т. п.) и продуктов деления (s°Sr, 137Cs, 1311

и т. п.) попадали в реку, пруды для накапливания отходов и в воздух.

[pic]

Фиг. 226. Накопление стронцня-90 в разных частях сети питания одного

небольшого канадского озера, получающего низкоактивпые отходы. Цифры,

указывают средние коэффициенты накопления относительно озерной

воды, коэффициент накопления которой принят за единицу.

Концентрация фосфора в реке Колумбия была очень низкая, всего около

0,00003 мг на 1 г воды (т. е. 0,003: Ш3), но его концентрация в желтке яиц

уток и гусей, получавших пищу из реки, составляла около 6 мг/г. Таким

образом, 1 г яичного желтка содержит в 9-10е раз больше фосфора, чем 1 г

речной воды. Мы не ожидали такого высокого коэффициента накопления

радиоактивного фосфора, так как по мере его прохождения по пищевой цепи к

яйцу должен был происходить распад (у этого изотопа короткий период

полураспада), в результате которого его количество должно было уменьшиться.

Такие высокие коэффициенты накопления, как 1 500 000, отмечаются редко, в

среднем они ниже {около 200000) (Хенсон и Корнберг, 1956). Установлены

коэффициенты накопления и для некоторых других изотопов: 250 для цезия-137

в мышечной ткани и 500 для стронция-90 в костях водоплавающих птиц (по

отношению к концентрации этих изотопов в прудах для отходов, где кормились

эти птицы). Концентрация радиоактивного иода в щитовидной железе зайца в

500 раз выше, чем в растущих другом растениях, которые в свою очередь

накапливают этот изотоп, выбрасываемый в воздух из труб атомной станции. На

фиг. 226 приведены коэффициенты накопления стронция-90 в разных звеньях

водной сети питания вблизи другой атомной электростанции.

Радиоактивность не влияет на поглощение данного изотопа живой системой,

однако после того, как изотоп попал в организм, он, конечно, оказывает

вредное воздействие на активные ткани. Поэтому при установлении

«максимальных допустимых уровней» выброса изотопов в окружающую среду

следует делать поправку на «экологическое накопление». Очевидно, следует

остерегаться тех изотопов, которые имеют тенденцию накапливаться в

определенных тканях (как иод в щитовидной железе или стронций в костях), а

Страницы: 1, 2, 3