Промышленные и бытовые отходы

Ежегодно из недр страны добывается огромное количество горной массы, при этом вовлекается в оборот около трети, а используется в производстве около 7% объема добычи. Большая часть отходов не используется и скапливается в отвалах.

Примерами значительного накопления отходов, связанных с добычей полезных ископаемых, могут служить терриконы угольных шахт, отвалы вблизи карьеров при наземной добыче руд. Наиболее остро стоит вопрос утилизации отходов в угольной промышленности, поскольку на некоторых шахтах добыча каждой тонны угля сопровождается подъемом из шахт до 7−10 м3 породы.

Отвалы различных производств, топливно-энергетических комплексов занимают немалые площади, выводя из пользования земельные угодья и представляя опасность для окружающей среды. Так, например, отвалы многих горных пород содержат пирит FeS2, который на воздухе самопроизвольно окисляется до серной кислоты, в результате чего в период дождей или снеготаяния образуются сильно закисленные территории. Источниками загрязнения соединениями фтора являются алюминиевые заводы в Братске, Иркутске и др., предприятия по производству фосфорных удобрений и др.

Ежегодно в Российской Федерации образуется значительное количество промышленных отходов. Динамика образования отходов представлена на рис. 2.28. Более половины объема промышленных отходов приходится наугольную отрасль; около трети — отходы металлургического производства (рис. 2.29).

К 2012 г. на территории Российской Федерации накоплено свыше 2 млрд т токсичных отходов.

В настоящее время одной из самых острых проблем является утилизация и захоронение радиоактивных отходов АЭС. Опасны и значительны отходы сельскохозяйственно;

Рис. 2.28. Динамика образования отходов в России.

Рис. 2.29. Доли отраслей в объеме образования отходов промышленности.

го производства — навоз, остатки ядохимикатов, кладбища животных.

Распределение отходов по классам опасности представлено на рис. 2.30. Отходы V класса опасности (практически не опасные) составляют 90%, IV класса (малоопасные) — 9%.

Практически весь объем образующихся токсичных отходов (95%) имеет промышленное происхождение, а остальные.

Рис. 2.30. Распределение объема образовавшихся отходов по классам опасности.

5% отходов этой категории распределяются почти поровну между сельским хозяйством (3,7 млн т) и ЖКХ (3,4 млн т). По данным Госкомстата России, к 2000 г. в стране было накоплено 2 млрд т токсичных отходов, имеется 2,9 тыс. мест захоронения общей площадью 22 тыс. га.

Ежегодно в России образуется около 3,5 млрд т твердых бытовых отходов (ТБО) (в том числе в Москве — 10 млн т). По прогнозам, ежегодное накопление ТБО увеличится до 200 млн м3, что объясняется увеличением доли тары и упаковки в массе продуктов и товаров. К ТБО относятся: бумага и картон, полимерные материалы, стекло, древесина, металлы и др.

Энергетические воздействия. Энергетические загрязнения окружающей среды, как правило, обусловлены производственной деятельностью человека. Наибольший вклад в энергетическое загрязнение окружающей среды вносят изменения ее электромагнитных параметров в диапазонах частот, соответствующих областям радиоволн, инфракрасного или теплового излучения, рентгеновского и гамма-излучения, которые вместе с ?- и ?-частицами являются причиной радиоактивного загрязнения биосферы, а также изменения виброакустических параметров (виброакустическое загрязнение).

Электромагнитные поля и излучения. Основные искусственные источники ЭМП: радиолокационные, радиои телепередающие станции, электростанции и трансформаторные подстанции, энергосиловые установки, воздушные линии электропередачи, электрифицированные железные дороги, компьютеры, широко разветвленные электрические, в том числе кабельные, сети и др. Напряженность техногенных ЭМП на значительных территориях на 2−5 порядков превышает естественный фон ЭМП.

Уровни электромагнитных излучений (ЭМИ) очень часто превосходят допустимые санитарные нормы в районах аэропортов, радиои телестанций, военных, радиотехнических и других объектов. Например, в районе расположения телеи радиостанции плотность потока энергии достигает сотен Вт/м2 при ПДУ в рабочей зоне 10 Вт/м2.

Тепловые загрязнения — одно из крупных видов загрязнения окружающей среды. Только в 2000 г. отвод теплоты в мире от энергетических производств достигал 241 000 млн Гкал, что неизбежно приводило к росту температуры окружающей среды. В глобальном масштабе этот прирост теплоты невелик и приводит всего лишь к увеличению теплоты от солнечной радиации на 0,019%.

Проблема техногенного теплового загрязнения наиболее значима в региональном масштабе, поскольку оно достигает в среднем 1,6−2,0 Вт/м2 (из них на ЖКХ приходится 33% теплоты; на ТЭС и ТЭЦ — 25%, на промышленность — 29%, на транспорт — 13%). Еще более значимы тепловые загрязнения в крупных городах и около некоторых объектов экономики. Например, в Берлине выбросы теплоты — 22 Вт/м2, в зоне ЦБК — 2000 Вт/м2, около мощной ТЭС — 24 000 Вт/м2. В расчете на единицу производимой энергии АЭС сбрасывает в окружающую среду больше теплоты, чем ТЭС. Для мощных АЭС расход воды на охлаждение достигает 180 м3/с, тогда как ТЭС аналогичной мощности потребляют всего 70−90 м3/с. Для сравнения: плотность потока солнечной радиации вблизи поверхности Земли составляет 935 Вт/м2.

Температура поверхности Земли — важнейший из абиотических факторов, влияющих на развитие микроорганизмов, выживание животных и растений. Последнее особенно актуально, поскольку большая часть теплоты отводится в водоемы и приводит к их подогреву. Повышение температуры воды даже на несколько градусов сопровождается упрощением водных сообществ. Известно, что при температуре воды ЗГС число видов уже вдвое меньше, чем при 26 °C.

По общим оценкам, выбрасываемая низкопотенциальная теплота возрастает пропорционально росту производства электроэнергии и к началу XXI в. составляла около 0,02% от солнечной радиации. Учитывая темпы роста энергетики (3,5% в год) можно считать, что опасное глобальное загрязнение Земли (1−5% от количества солнечной энергии) будет достигнуто за пределами XXI в.

Ионизирующие загрязнения. Радиационное загрязнение окружающей среды происходит за счет поступления в нее радионуклидов, извлекаемых из глубин земли вместе с углем, газом, нефтью, минеральными удобрениями, строительными материалами и др. Ряд радионуклидов содержится в сжигаемых углях. Удельная активность угольной золы достигает следующих величин, Бк/кг: 265 — 40К, 200 — 238U, 240 — 226Ra, 930 — 210Pb, 1700 — 210Ро и т. д. Индивидуальная средняя годовая доза облучения в районе ТЭС мощностью 1 млн кВт (район радиусом 20 км) может достигать 0,5 бэр. Эта доза зависит от зольности угля и эффективности очистки дымовых газов от твердых частиц (летучей золы).

Значительное количество радионуклидов содержится в удобрениях, применяемых в сельском хозяйстве. После внесения удобрений в почву радионуклиды по пищевым цепям поступают в живые организмы. Так, тройной суперфосфат (производства США) имеет удельную активность Бк/кг: 2100 — 238U, 1800 — 238Th, 780 — 226Ra, азотно-фосфорно-калиевые удобрения (Бельгия): 470 — 238U, 210 22eRa, 5900 — 40К.

Глобальное загрязнение окружающей среды техногенными радионуклидами на территории РФ обусловлено атмосферными ядерными взрывами, проводившимися в 1945- 1980 гг. в процессе испытаний ядерного оружия на полигонах планеты. В некоторых регионах России фиксировалось дополнительное радиоактивное загрязнение объектов окружающей среды. На ЕТР таким источником остается Чернобыльская АЭС, на АТР — радиационная авария в 1957 г. на ПО «Маяк» в Челябинской области и ветровой вынос радионуклидов с обнажившихся берегов озера Карачай, куда сливались жидкие радиоактивные отходы этого предприятия. Кроме того, в настоящее время источниками локального радиоактивного загрязнения окружающей среды являются некоторые предприятия ядерного топливного цикла, такие как Сибирский химический комбинат в Томской области, Горно-химический комбинат в Красноярском крае, ФГУП «ПО «Маяк» в Челябинской области.

После чернобыльской аварии некоторые территории ЕТР были загрязнены техногенными радионуклидами. Радиационная обстановка на этих территориях до сих пор определяется наличием долгоживущего продукта аварии — 137Cs. Наибольшие площади загрязнения расположены в Брянской и Тульской областях. В этих районах после аварии регистрируются повышенные значения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения, которые мало меняются из года в год.

Радиоактивные вещества поступают в биосферу на всех стадиях ядерно-топливного цикла (ЯТЦ): добыча и переработка урановых и ториевых руд, обогащение урана изотопом 235U, изготовление ТВЭЛов, получение энергии в ядерных реакторах, переработка отработавшего ядерного топлива, переработка, хранение и захоронение радиоактивных отходов, транспортировка радиоактивных материалов.

При добыче ураносодержащей руды образуются газообразные, жидкие и твердые радиоактивные отходы (РАО).

Газообразные отходы образуются в основном за счет 222Rn (до 8•109 Бк на 1 т добытой руды), жидкие отходы определяются шахтными водами, образующимися при дренаже, и водой для технологических целей; твердые отходы — горная порода и руды с низким содержанием урана.

Основные источники потенциальной ядерной опасности — ядерные реакторы. Даже при штатной работе АЭС образуются газообразные, жидкие и твердые РАО, часть которых поступает в окружающую среду, поскольку системы очистки не дают 100% эффекта. Газообразные РАО: радиоактивные благородные газы (РБГ), например, около десяти радионуклидов Кr и Хе — продуктов деления, 41Ar — продукт нейтронной активации, 40Аг, содержащегося в воздухе и теплоносителе. Более 50 биологически значимых радионуклидов содержится в аэрозольных выбросах АЭС. Жидкие РАО: пульпа ионообменных смол, фильтроматериалы, кубовые остатки выпарных аппаратов, в которые поступает загрязненная радионуклидами вода при эксплуатации или ремонте реактора, дебалансные воды, активность которых создается в основном за счет трития, так как система очистки не позволяет извлекать тяжелую воду их воды. Твердые РАО: отвержденные жидкие концентрированные РАО, детали оборудования реактора, снятые с эксплуатации, отработавшие материалы.

Доза облучения населения зависит от времен, расстояния и типа реактора. Например, расчетная индивидуальная средняя эффективная эквивалентная годовая доза облучения населения от газоаэрозольных выбросов составляет на расстоянии 10 и 100 км соответственно для РБМК-0,135 и 0,135 мбэр/гВт; для ВВЭР — 0,0079 и 0,36 мбэр/гВт.

При нормальном режиме эксплуатации вклад АЭС в годовую индивидуальную дозу облучения населения с учетом каждого из путей возможного поступления радиоактивных веществ в окружающую среду (атмосферный воздух, вода открытых водоемов) не должен превышать 10 мкЗв. При этом радиационный риск для населения, проживающего в районах расположения АЭС, безусловно приемлем на уровне менее 10 год-1. Данные Федеральной службы свидетельствуют о том, что в действительности вклад АЭС в дозу облучения населения, проживающего в районах расположения этих объектов, намного меньше указанной величины.

Значимый вклад в загрязнение биосферы вносят долгоживущие радионуклиды 3Н, 14С, 35 Кг, 90Sr, 106Ru, 129I, 134Cs,.

137Cs и изотопы трансурановых элементов, присутствующие в выбросах и сбросах заводов по переработке облученного ядерного топлива. Такой завод, перерабатывающий 1500 т отработанного топлива, создает на расстоянии до 100 км годовую эффективную эквивалентную дозу до 25 мбэр. Кроме того, в окружающую среду могут поступать отходы кислот, химреагентов для обработки жидких РАО, органических растворителей, способные загрязнять грунтовые воды на больших территориях.

Па конечной стадии ЯТЦ производится захоронение высокоактивных РАО. До сих пор не определены оптимальные способы захоронений. Есть проекты захоронений в глубоких подземных выработках, например в соляных шахтах, в герметичных емкостях глубоко иод землей или на дне океана и т. д. Каждый способ имеет свои недостатки, создающие угрозу глобального загрязнения в будущем. Оптимистические оценки лучших вариантов, например отверждение отходов с последующим захоронением в геологически стабильных районах, показывают, что заметные количества радиоактивных веществ достигнут биосферы через 105- 106лет.

Виброакустические загрязнения. Деятельность человека в биосфере сопряжена с невольным и все возрастающим производством ненужных для людей, фауны, флоры звуков — шумов, а также вибраций.

Шум в окружающей среде вызывается источниками, находящимися снаружи или внутри здания: средствами транспорта, оборудованием предприятий, вентиляторами, компрессорными установками, станциями для испытания двигателей и генераторов, аэрогазодинамическими установками, электрическими трансформаторами. Нарастание шума происходит и вне городской среды: шум наземного, водного, воздушного транспорта, сельхозмашин, ветровых электростанций. Очевиден шумовой прессинг на все живое: растительный и животный мир, на человека. На рис. 2.31 показаны зоны распространения шума и вибраций в Москве, на крупных магистралях которой шум достигает 80 дБА.

В многонаселенных городах интенсивность шума каждые 25−30 лет возрастает примерно в 10 раз, т. е. на 10 дБА.

Источники вибраций в окружающей среде: оборудование ударного действия (молоты, машины для забивания свай под фундаменты зданий), рельсовый транспорт, мощные энергетические установки (насосы, компрессоры, двигатели), инже;

Рис. 2.31. Зоны распространения шума и вибраций в Москве:

шум: 1 — от авиации; 2 — от автотранспорта; 3 — от железнодорожного транспорта; 4 — от метрополитена; 5 — от вибрации; 6 — от промзон нерное оборудование зданий (лифты, насосные установки), системы отопления, канализации. Вибрации, часто сопровождаемые звуковыми колебаниями, распространяются по грунту и достигают фундаментов жилых и общественных зданий, инженерных сооружений. Это может вызвать неравномерность осадки грунта и фундамента, особенно при высокой насыщенности грунта влагой, и разрушений размещенных на них зданий и сооружений. Во всех случаях вибрации вызывают раздражающее действие.

Протяженность зоны воздействия вибраций в окружающей среде определяется интенсивностью (амплитудой) вибрации источника (фундамента машины), а также величиной затухания вибраций в грунте и может достигать 150−200 м.

С проблемой вибрации сталкиваются и в быту, когда, например, жилой дом располагается у железной дороги, автострады или когда в его подвальных помещениях размещается какое-либо технологическое оборудование.

Механизм, с помощью которого движущийся поезд (рис. 2.32) возбуждает вибрации грунта, основан на возник;

Рис. 2.32. Распространение вибраций от поезда метрополитена по грунту.

новении динамических сил между колесом и рельсом из-за неровностей на поверхностях качения. В интервале эксплуатационной скорости движения поездов от 30 до 110 км/ч спектр вибрации, передаваемой грунту, сосредоточен в частотном диапазоне 10−250 Гц.