Экологическая безопасность на промышленном предприятии. Учебно-практическое пособие

Тема 1.1. Составные части и степень устойчивости окружающей среды как системы

1.1.1 Общие понятия экологии

Все живые организмы, обитающие на нашей планете, образуют особую оболочку – биосферу Земли, постоянно воздействуют на неё в процессе своей жизнедеятельности. Биосфера складывается из экосистем, большинство из которых существует за счёт потребления поступающей из космоса энергии солнечного света, поэтому биосфера Земли относится к открытым системам.

Современная биосфера сформировалась в процессе эволюции. За всю её историю насчитывается существование около 500 млн. видов живых организмов. Ныне живущих известно примерно 2 млн. видов, остальные вымерли, как динозавры, которые царствовали на Земле более 160 млн. лет и прекратили своё существование около 70 млн. лет назад.

Структура биосферы состоит из четырёх основных компонентов.

Живое вещество – вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4х1012 – 3,6х1012 тонн (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы, которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Однако, именно эта часть биосферы является наиболее важной, т. к. активно участвует в биогеохимических циклах и преобразует неживое вещество Земли.

Биогенное вещество – осадочные породы, состоящие из продуктов жизнедеятельности живых организмов или представляющие собой их разложившиеся остатки (известняки, ракушечные породы, горючие сланцы, ископаемые угли, нефть и др.).

Косное вещество – вещество, образующееся без участия живых организмов.

Биокосное вещество – вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами. Таковыми и являются почва, ил и т. д.

Радиоактивные вещества и продукты их распада, а также атомы, непрерывно образующиеся из земного вещества под влиянием космических излучений.

Вещество космического происхождения (метеориты).

Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов:

– продуцентов (зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу) – они создают первичное органическое вещество;

– консументов (растительноядные и хищные животные) – они потребляют органическое вещество;

– редуцентов (бактерии, грибы и простейшие животные) – они разлагают мертвое органическое вещество до минерального.

Биосфера представляет собой открытую биосистему, которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой.

Живые организмы биосферы делятся на автотрофов и гетеротрофов:

– автотрофы – производители органического вещества;

– гетеротрофы – потребители и разрушители органического вещества.

Между процессами создания органического вещества, его преобразованием и разрушением устанавливается относительное равновесие.

Каждая экосистема – это динамическая структура из сотен и даже тысяч видов продуцентов, консументов и редуцентов, которых связывают пищевые и непищевые взаимоотношения. Одна из причин, позволяющих экосистемам сохранять постоянный видовой состав, заключается в том, что отношения между всеми их компонентами находятся в динамическом равновесии. Равновесие экосистемы в целом – это равновесие входящих в нее популяций.

Важнейшими показателями динамики экосистем являются устойчивость и стабильность.

Устойчивость – это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться, в случае, если они будут нарушены.

Факторы, определяющие устойчивость биосферы:

– биоразнообразие – видовое разнообразие;

– взаимозаменяемость компонентов биосферы в круговоротах веществ и энергии;

– дублирование звеньев в круговороте веществ и энергии (в биогеохимических циклах);

– жизненная активность живого вещества (скорость размножения и распространения).

От полюсов к экватору биомасса и видовое разнообразие увеличиваются, т. е. увеличивается устойчивость экосистем.

Устойчивость – это способность экосистемы возвращаться в исходное состояние после снятия внешнего воздействия, выведшего ее из равновесия и непрерывно поддерживать определенный круговорот веществ, сохранять в основных чертах свою структуру, характер связей между элементами и их функционирование в пределах естественного колебания параметров.

Под стабильностью экосистемы понимают ее способность сохранять свою структуру и функциональные свойства при воздействии на нее внешних факторов. Стабильность и устойчивость экосистемы обеспечивается процессами саморегуляции системы.

Саморегуляция – это свойство экосистемы, заключающееся в том, что все ее разнообразные обитатели существуют совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем.

Системы с высокой стабильностью способны воспринимать значительные воздействия, не изменяя существенно своей структуры, то есть, практически, не выходя за пределы равновесного состояния. Устойчивость и стабильность обеспечивается наличием в экосистеме разного рода обратных связей. В основном, это отрицательные обратные связи, которые направлены на стабилизацию параметров экосистемы, возвращая их значения к какой-то изначально заданной величине.

Немаловажную роль играют и положительные обратные связи, усиливающие благоприятные для системы изменения, например, способствующие росту и выживаемости организмов. Однако, деятельность положительных обратных связей обязательно должна быть ограничена соответствующими отрицательными обратными связями.

Помимо отрицательной обратной связи устойчивость экосистемы может быть обеспечена избыточностью компонентов, т.е. достаточным видовым разнообразием. Для тундры с ее бедным разнообразием характерны проявления низкой устойчивости, такие, как периодические резкие увеличения численности мелких грызунов – леммингов, и низкой стабильности, как в случае повреждения растительного покрова (мох ягель) колесами вездеходов, на восстановление которого потребуется значительное время. В то же время, тропические леса с их богатым видовым разнообразием способны достаточно быстро восстанавливаться.

Естественные экосистемы функционируют в соответствии с законом внутреннего динамического равновесия: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, в которых эти изменения происходят.

Самоподдержание – это процесс, в ходе которого экосистема достаточно долго сохраняет свою устойчивость. Оно проявляется в системах, обладающих высоким уровнем сложности, с большим количеством элементов, связи между которыми устойчиво поддерживают круговорот веществ. Способность экосистемы к самоподдержанию и саморегулированию, в результате чего сохраняется ее устойчивость и стабильность, называется гомеостазом или динамическим равновесием системы.

Любая естественная экосистема, сложившаяся исторически, сохраняется в относительно постоянном виде достаточно длительное время. В этом проявляется ее устойчивость. При этом устойчивость обладает некоторой степенью толерантности (выносливости), позволяющей экосистеме сохраняться при небольших изменениях, происходящих в окружающей среде и самой экосистеме. По устойчивости экосистемы делятся на два типа: резистентные, то есть способные сохраняться в устойчивом состоянии под нагрузкой, и упругие, способные быстро восстанавливаться, если по каким-то причинам были нарушены.

Функциональное разнообразие компонентов экосистемы, то есть ее сложность, обеспечивает ее устойчивость и стабильность.

Для устойчивого существования биосферы необходимы сбалансированные отношения между различными биогеоценозами, обеспечивающими разнообразное потребление и возврат минеральных ресурсов в абиотическую среду. В случае выпадения из системы каких-либо природных сообществ или замены их качественно иными (например, в наше время – агроценозами), динамическое равновесие в биосфере может нарушиться. Антропогенное воздействие также влияет на устойчивость экосистем и биосферы в целом.

1.1.2 Оценка текущего состояния экологической безопасности на территории Российской Федерации

На территории Российской Федерации сохраняются угрозы экологической безопасности, несмотря на принимаемые меры по снижению уровней воздействия на окружающую среду химических, физических, биологических и иных факторов, по предотвращению чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Окружающая среда в городах и на прилегающих к ним территориях, где проживает 74% населения страны, подвергается существенному негативному воздействию, источниками которого являются объекты промышленности, энергетики и транспорта, а также объекты капитального строительства. В городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения воздуха проживает 17, 1 млн. человек, что составляет 17% городского населения страны.

Совокупный объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в городах – участниках федерального проекта «Чистый воздух» (Братск, Красноярск, Липецк, Магнитогорск, Медногорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Норильск, Омск, Челябинск, Череповец и Чита) по итогам 2020 года составляет 4053, 8 тыс. тонн. В период 2017 – 2020 годов снижен уровень загрязнения атмосферного воздуха в 7 городах – участниках федерального проекта «Чистый воздух»: Братске, Красноярске, Липецке, Магнитогорске, Медногорске, Новокузнецке, Челябинске.

Сложившийся уровень антропогенного загрязнения является одной из основных причин, вызывающих деградацию рек, водохранилищ, озерных систем, накопление в донных отложениях, водной растительности и водных организмах загрязняющих веществ, в том числе токсичных, и ухудшение качества вод поверхностных водных объектов, используемых в качестве источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения и являющихся средой обитания водных биологических ресурсов. Одна из основных причин неудовлетворительного экологического состояния водных объектов – загрязнение их сточными водами. В целом по стране более 70% действующих очистных сооружений построены 30—50 лет назад и 80% из них требует полной модернизации.

При этом самая напряженная экологическая ситуация сложилась в бассейне реки Волги: антропогенная нагрузка на водные ресурсы реки Волги в 8 раз выше, чем в среднем по России. Здесь проживает около 60 млн. человек – более трети населения страны. Объекты накопленного экологического вреда, расположенные вблизи реки Волги, а также затонувшие суда создают риски масштабных экологических катастроф для населения, проживающего в субъектах Российской Федерации, прилегающих к реке Волге. С 2020 года в рамках федерального проекта «Оздоровление Волги» национального проекта «Экология» запланированы мероприятия, направленные на ликвидацию (рекультивацию) объектов накопленного вреда окружающей среде, представляющих угрозу реке Волге.

Сохраняются угрозы экологической безопасности на Байкальской природной территории. Выявлены загрязнения, оказывающие негативное воздействие на озеро Байкал. В центрах промышленных зон на Байкальской природной территории зафиксировано загрязнение подземных вод, что в совокупности оказывает негативное влияние на экосистему Байкальской природной территории в целом.

В рамках федеральной целевой программы «Охрана озера Байкал и социально-экономическое развитие Байкальской природной территории на 2012—2020 годы» построено и введено в эксплуатацию 16 канализационных очистных сооружений, сокращены объемы сбросов загрязненных сточных вод в водные объекты Байкальской природной территории на 20,2%, снижена общая площадь Байкальской природной территории, подвергшейся высокому и экстремально высокому загрязнению, на 1381 га, или на 27,7%.

Свыше 30 млрд. тонн отходов производства и потребления накоплено в результате прошлой хозяйственной и иной деятельности. По итогам инвентаризации территорий выявлено 340 объектов накопленного вреда окружающей среде, являющихся источником потенциальной угрозы жизни и здоровью 17 млн. человек.

В рамках реализации федерального проекта «Чистая страна» с 2018 по 2020 год проведены работы по ликвидации 58 наиболее опасных объектов накопленного вреда окружающей среде и 28 несанкционированных свалок в границах городов.

Ежегодно образуется примерно 8 млрд. тонн отходов производства и потребления, из которых 50—60 млн. тонн составляют твердые коммунальные отходы.

На территории Российской Федерации в 2019 году образовалось 61, 15 млн. тонн твердых коммунальных отходов, в 2020 году – 48,46 млн. тонн, из которых более 95% было направлено на захоронение. Состав твердых коммунальных отходов в Российской Федерации аналогичен зарубежному: большая часть твердых коммунальных отходов представлена пищевыми отходами, далее по убыванию – макулатура, полимеры, стекло, лом и прочие виды твердых коммунальных отходов.

Прогнозы международных статистических организаций показывают неуклонный рост отходов в мире, в этой связи большинство прогрессивных стран ориентируются на сокращение образования отходов к 2030 году. Как и в международной практике, в Российской Федерации взят курс на сокращение объема отходов за счет использования вторичного сырья в производстве, энергетической утилизации.

По данным государственной наблюдательной сети, на территории Российской Федерации за год регистрируется в среднем около 950 опасных гидрометеорологических явлений (наводнения, засуха, сильный ветер, сильные осадки и другое), наносящих значительный ущерб отраслям экономики и жизнедеятельности населения. Такие явления зачастую становятся источником чрезвычайных ситуаций природного характера (в последние годы более 80% случаев). По экспертным оценкам, материальный ущерб от опасных гидрометеорологических явлений в отдельные годы может достигать 1% валового внутреннего продукта.

В рамках проекта «Модернизация и техническое перевооружение учреждений и организаций Росгидромета» проводится модернизация гидрометеорологической и аэрологической наблюдательной сети. В период с 2015 по 2021 год произведены установка и ввод в опытную эксплуатацию 28 новых автоматизированных метеорологических комплексов, 3 автоматизированных актинометрических комплекса и 73 автоматических метеорологических станции. Кроме того, 72 автоматизированных метеорологических комплекса модернизированы и оснащены новыми автоматическими средствами измерения.

В рамках модернизации гидрологической сети в бассейне реки Волги установлено более 250 автоматических гидрологических комплексов, при модернизации аэрологической сети было поставлено и введено в эксплуатацию 22 аэрологических вычислительных комплекса, в период до 2022 года планируется поставка еще 14 аэрологических вычислительных комплексов.

Модернизация сети позволила повысить качество измерений на пунктах наблюдений за счет внедрения автономных автоматизированных комплексов, обеспечить передачу информации в режиме реального времени, что позволило увеличить заблаговременность предупреждения об опасных и быстроразвивающихся процессах с 30 минут до 3—6 часов.

Ведущую роль в обеспечении устойчивости экологических систем и биосферы в целом играет биологическое разнообразие, которое также выполняет регулирующую функцию в осуществлении всех биогеохимических, климатических и других процессов на Земле. Надежно функционирующие экологические системы укрепляют устойчивость компонентов природной среды к негативным воздействиям и снижают ее уязвимость к природным и антропогенным катастрофам.

В целях сохранения, восстановления и изучения биологического разнообразия создаются особо охраняемые природные территории.

С 2014 по 2021 год создано 32 особо охраняемые природные территории федерального значения общей площадью 17, 2 млн. гектаров.

В настоящее время функционирует 231 единица особо охраняемых природных территорий федерального значения 3 основных категорий (государственные природные заповедники, национальные парки и государственные природные заказники), находящиеся в ведении Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации и иных федеральных органов исполнительной власти, общая площадь которых более 75 млн. га, или 4,38% площади Российской Федерации и 2,28% площади территориальных вод и исключительной экономической зоны Российской Федерации.

В России более 12 тысяч особо охраняемых природных территорий (далее – ООПТ). Общая площадь этих территорий составляет около 244 миллионов гектаров, что составляет примерно 13% от общей площади страны. В эту категорию входят заповедники, национальные парки, заказники, памятники природы и другие.

В России насчитывается 103 государственных природных заповедника, 49 национальных парков, 59 государственных природных заказников, 17 памятников природы.

В целом, ООПТ федерального значения занимают площадь около 62,4 миллиона гектаров, включая морские акватории, или 48,2 миллиона гектаров без них.

Кроме того, существует множество ООПТ регионального значения, общая численность которых превышает 12 тысяч.

Произошло увеличение численности основных видов охотничьих ресурсов и количества охотничьих хозяйств, занятых разведением охотничьих ресурсов, что указывает на постепенную реализацию основных направлений охотничьего хозяйства в Российской Федерации.

Постоянное присутствие и научная деятельность Российской Федерации в Антарктиде и в водах окружающего ее Южного океана начиная с 1956 года обеспечивается экспедиционной инфраструктурой Российской антарктической экспедиции. В Антарктиде в настоящее время действуют 5 российских антарктических станций: Прогресс, Мирный, Восток, Новолазаревская, Беллинсгаузен, и 5 сезонных полевых баз.

Тема 1.2 Комплексное и ресурсосберегающее природопользование

1.2.1 Классификация природных ресурсов и их значение

Природные ресурсы – это тела и силы природы, которые используются человеком для поддержания своего существования.

Это солнечный свет, вода, воздух, почва, растения, животные, полезные ископаемые и все остальное, что не создано человеком, но без чего он не может существовать, ни как живое существо, ни как производитель.

Природные ресурсы используются человеком в качестве:

– непосредственных предметов потребления (питьевая вода, кислород воздуха, съедобные растения, рыба и пр.);

– средств труда для осуществления общественного производства (земля, водные пути и пр.);

– предметов труда для производства изделий (древесина, минералы и др.);

– источников энергии (гидроэнергия, горючие ископаемые, энергия ветра и др.);

– средств для отдыха и оздоровления.

Природные ресурсы классифицируются по следующим признакам:

– по их использованию – на производственные (сельскохозяйственные и промышленные), здравоохранительные (рекреационные), эстетические, научные и пр.;

– по принадлежности к тем или иным компонентам природы – на земельные, водные, минеральные, животный и растительный мир и др.;

– по заменимости – на заменимые (например, топливно-минеральные энергетические ресурсы можно заменить ветровой, солнечной энергией) и незаменимые (кислород воздуха для дыхания, пресная вода для питья);

– по исчерпаемости – на исчерпаемые и неисчерпаемые.

Исчерпаемые ресурсы подразделяются на возобновляемые, относительно возобновляемые и не возобновляемые.

Возобновляемые ресурсы – это ресурсы, способные к самовоспроизводству. К ним относятся растительный и животный мир, мир микроорганизмов, некоторые минеральные ресурсы, однако возобновляемость ресурсов зависит от темпов их расхода.

Лесные ресурсы на планете выполняют следующие функции:

– вырабатывают кислород и отрицательные ионы;

– поглощают углекислый газ и вредные для организмов вещества;

– служат источником пищи для других организмов;

– служат источником минеральных и органических веществ для животных;

– участвуют в формировании климата планеты;

– участвуют в формировании почвы, разрыхляют и укрепляют почву;

– участвуют в формировании ландшафта наземных, подземных и донных поверхностей;

– являются составными частями пищевой цепи, по которой переносятся различные вещества от одних организмов к другим.

Лесные ресурсы – один из важнейших видов растительных ресурсов, включающий имеющиеся на территории страны запасы леса и недревесные ценности (кормовые, охотничье-промысловые ресурсы, плоды и ягоды дикорастущих растений).

Лесопользование – важная составная часть природопользования, которая состоит из заготовки древесины, прижизненного использования леса для получения технического и лекарственного сырья, пищевых продуктов, пушнины, дичи, а также использования в защитных, водоохранных, рекреационных и других специальных целях.

Рациональное использование растительного мира в России предполагает эффективное использование земель лесного фонда России и повышение их продуктивности, а также использование многофункциональных свойств лесных биогеоценозов в интересах народного хозяйства страны. Комплексное освоение лесных ресурсов предполагает рациональное и максимальное использование главного продукта леса – деревьев, не только стволовой древесины хвойных и лиственных пород, но также переработку отходов лесосечного производства и деревообработки, пней, коры, древесной зелени.

Животные на планете выполняют следующие функции:

– участвуют в формировании почвы;

– участвуют в формировании ландшафта наземных, подземных и донных поверхностей;

– служат источником минеральных и органических веществ;

– служат источником пищи для других организмов;

– являются составными частями пищевой цепи, по которой переносятся различные вещества от одних организмов к другим.

Рациональное использование животного мира сводится к следующему:

– осуществление организованного учета численности животных, определение их оптимальной плотности, управление динамикой численности;

– восстановление численности животных путем запрета охоты, борьбы с браконьерством, комплексом биотехнических мероприятий;

– разведение многих видов птиц и одомашнивание диких животных.

К относительно возобновляемым ресурсам относятся почва и древесина ценных пород деревьев. Относительно возобновляемые ресурсы способны к самовоспроизводству, но в темпах, отстающих от темпов их эксплуатации. Так, процесс образования черноземного слоя почвы толщиной в 1 см длится столетия, а разрушение происходит гораздо быстрее.

Невозобновляемые ресурсы – это ресурсы, которые совершенно не восстанавливаются или восстанавливаются значительно медленнее, чем идет их использование. К ним относятся образовавшиеся в недрах земли в весьма отдаленные от нас эпохи в течение многих лет рудные и нерудные полезные ископаемые, т.е. богатства недр. Использование таких ресурсов неизбежно ведет к их исчерпанию.

Полезные ископаемые – это минеральное сырье, природные минеральные образования земной коры неорганического и органического происхождения, которые могут быть эффективно использованы в сфере материального производства.

По физическому состоянию полезные ископаемые делятся на группы:

– твердые (угли ископаемые, руды, нерудные полезные ископаемые);

– жидкие (нефть, минеральные воды);

– газообразные (газы природные горючие и инертные газы).

Все полезные ископаемые делятся на:

– топливно-энергетические ресурсы, являющиеся источником энергии для технологических процессов, электроэнергии и тепла для жилых и заводских помещений (нефть, природный газ, ископаемый уголь, горючие сланцы, торф, урановые руды);