Соизмерение производственных и природных потенциалов

Экологические нормативы соизмерения.В § 2.1. в качестве основного условия экологической безопасноси территориальных комплексов было названо главное условие соизмерения: техногенная нагрузка на территорию не должна превышать экологическую техноемкость территории. Экономический рост, превышающий порог допустимых нагрузок, выступает как основной дестабилизирующий фактор для окружающей среды. Именно поэтому соизмерение и согласование экономических и природных потенциалов и формирование эколого-экономической системы должны быть предметом экономической теории и практики.

Сама по себе процедура соизмерения основана на определении и сопоставлении экологической техноемкости территории (ЭТТ или ПДТН) и природоемкости хозяйства территории. Эта процедура практически совпадет с оценкой безопасности территориальных комплексов.

Экологическая техноемкость территории и предельно допустимая техногенная нагрузка по существу являются фундаментальными экологическими нормативами, предназначенными для регламентации территориальной хозяйственной деятельности. Но именно ЭТТ и ПДТН законодательно не утверждены как нормативы.

Санитарно-гигиенические нормативы как критерии соизмерения.Вся сфера экологического нормирования и стандартизации, особенно связанная с техногенным загрязнением среды, так или иначе опирается на гигиенические нормы и использует установленные предельно допустимые концентрации (ПДК) или предельно допустимые дозы (ПДД) вредных агентов. ПДК — это та наибольшая концентрация вещества в среде и источниках биологического потребления (воздухе, воде, почве, пище), которая при более или менее длительном действии на организм (контакте, вдыхании, приеме внутрь) не оказывает влияния на здоровье и не вызывает отставленных эффектов (не сказывается на потомстве и т.п.). Поскольку возможный эффект зависит от длительности действия, особенностей обстановки, чувствительности реципиентов и других обстоятельств, различают ПДК среднесуточные (ПДКсс), максимальные разовые (ПДКмр), ПДК рабочих зон (ПДКр₃), ПДК для растений, животных и человека. В настоящее время установлены ПДК нескольких тысяч индивидуальных веществ в разных средах и для разных реципиентов. ПДК не являются международным стандартом и могут несколько различаться в разных странах, что зависит от методов определения и спецификации.

На основании величин ПДК с помощью специальных алгоритмов (см., например, 2) и программ вычисляются значения предельно допустимых эмиссий — предельно допустимые выбросы в атмосферу (ПДВ), предельно допустимые сбросы в водоемы (ПДС) тех или иных веществ, выделяемых конкретными источниками (предприятиями) данной территории. При этом учитываются характеристики источников и условия распространения эмиссий. Например, для того чтобы в ближайшем к заводским трубам жилом квартале города при наименее благоприятных условиях рассеяния не превышались ПДК определенных аэрополлютантов, нужно ограничить выброс этих веществ постоянной предельной величиной — ПДВ. Подобная ситуация схематически отображена на рис. 2.3.

ПДВ и ПДС уже непосредственно регламентируют интенсивность и качество технологических процессов, являющихся источником загрязнения, и приобретают свойство экологических нормативов. Сверхнормативные эмиссии влекут за собой экономические и административные санкции. Часто бывает, однако, что предприятие по техническим причинам не может соблюдать предписанные ему ПДВ, санкции безрезультатны, а сокращение или остановка производства чревата экономическими и социальными коллизиями. В таких случаях применяется практика временного согласования выбросов и сбросов на уровне фактических эмиссий (ВСВ и ВСС), что по существу является отказом от нормирования и приводит к ухудшению экологической обстановки. Но и соблюдаемые ПДВ и ПДС не удовлетворяют многим требованиям экологического

Б

А

Рис. 2.3. Схема зоны загрязнения врайоне мощного промышленного источника. Верхняя часть - план-схема территории, нижняя часть – профиль территории по линии АБ. ПЗ - промышленная зона с источником выбросов; Г - районы города; Л - лесопарковые насаждения; СЗЗ - санитарно-защитная зона. Пунктиром обозначены профили рассеяния и выпадения выбросов и соответствующие изолинии концентрации загрязнителей в приземном слое воздуха Отображена ситуация, когда благодаря соблюдению ПДВ в жилой зоне города не превышается ПДК

0,3 ПДК

нормирования, так как существуют серьезные сомнения в пригодности ПДК в качестве основы этих нормативов. Вообще частно-нормативный подход не соответствует потребностям решения экологических проблем:

- далеко не для всех реальных загрязняющих веществ установлены ПДК;

- нет ПДК для множества разнообразных сочетаний различных агентов; возможные взаимодействия между ними, образование вторичных продуктов и совмещенные эффекты не позволяют рассчитать «комплексы» ПДВ;

- ПДК одного и того же вещества для ценных растений и животных могут быть существенно меньше, чем для человека; это вынуждает делать очень ответственный выбор. Наконец, расчет большинства ПДВ делается на основании максимальных разовых ПДК, которые могут быть на порядок выше среднесуточных. Ясно, что регламентация должна строиться на другой основе. Если все же использовать ПДК, то для целей экологического нормирования и расчета ПДВ, в отличие от существующего ГОСТа, правильным следовало бы считать не соотношение:

С + С_ф ≤α·ПДК_МР, (2.1)

где С — нормативно предельная концентрация, используемая для расчета ПДВ;

С_ф – фоновая концентрация;

α для расчета ПДВ принимается равным единице, а для ВСВ допускается более единицы,

а соотношение:

С + С_ф ≤ (lg β) · ПДК_СС (2.2)

где β – безразмерный, лежащий между 0 и 1, интегральный показатель опасности вещества, устанавливаемый по нескольким основным параметрам токсикометрии.

В настоящее время очень немногие промышленные источники загрязнения среды отвечают этому требованию. Отсюда вытекает необходимость перестройки отраслевой структуры и масштабного технологического перевооружения энергетики и промышленности. Но не менее важны опережающая регламентация количественного роста производства, запрет на размещение предприятий выше определенного для данной территории уровня природоемкости.

Экологическое нормирование не ограничивается лишь регламентацией хозяйственной деятельности. В его задачи входит создание системы экологических кадастров территорий, которые учитывают природные ресурсы, устойчивость природных комплексов, их экологическую ценность, биоразнообразие, способность быть резерватами чистой природной среды. Это сближает экологическое нормирование с целями и задачами контроля экологической регламентации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ, 1998. – 455.

2. Афанасьев Ю.А., Фомин С.А. и др. Мониторинг и методы контроля окружающей среды. Часть 2. – М.: МНЭПУ, 2001.

Раздел 3. ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Виды технологий

Технология – это совокупность способов, приемов для получения из исходного материала (сырья) некоторого практически ценного продукта.

Примеры:

- Получение стула или стола (продукты) из березы (сырье)

- Получение электрической энергии (продукт) из каменного угля (сырье)

- Получение полиэтиленовых пакетов (продукт) из природного газа (сырье)

- Получение удобрения аммиачной селитры (продукт) из воздуха и природного газа (сырье)

- Получение молока (продукт) из травы (сырье)

- Получение спирта из сахара

- Получение дрожжей из сахара

- Получение кефира из молока.

Очень часто для получения одного продукта требуется не один, а несколько источников сырья, не один, а последовательность нескольких способов, приемов.

Обычно название той или иной технологии состоит из двух слов: первое –технология, второе – наименование продукта. Например: технология аммиачной селитры, технология молока, технология дрожжей и т. д.. Неправильно говорить «Технология получения продукта», например «технология получения спирта», т.к. получается тавтология: слово «технология» – это уже и так обозначает «получение», незачем ставить рядом два слова, имеющих сходный смысл.

Основные классы технологий. Хотя технологий в природе, а вернее в человеческом обществе, существует по крайней мере столько же, сколько и разных видов созданных человеком продуктов (а многие продукты имеют и по множеству разных технологий), все это многообразие технологий можно подразделить на 3 основных класса:

1. Физико-механические технологии

2. Химические технологии

3. Биотехнологии.

Рассмотрим более подробно названные классы технологий.

Физико-механические технологии. Как следует из названия, в таких технологиях исходный материал (сырье) в процессе получения продукта меняет форму или агрегатное состояние, но не изменяет своего химического состава. Из приведенных выше примеров можно указать на технологию переработки древесины для производства деревянной мебели или различные методы получения металлических изделий, например, гвоздей или деталей машин.

Химические технологии. В процессе получения продукта в химических технологиях сырье претерпевает изменения химического состава. Можно привести множество примеров:

- Получение полиэтилена из природного газа.

- Получение удобрения аммиачной селитры из воздуха и природного газа.

- Получение спирта из природного газа или древесины.

- Получение спирта из природного газа или древесины

- Получение синтетического каучука из природного газа

- Получение красителей и многих лекарств из простых химических соединений (кислоты, щелочи, бензола и других простых веществ).

Ассортимент продуктов, получаемых с помощью химических технологий, весьма велик.

Биотехнология. Есть много определений, что такое биотехнология. Наиболее распространенным является следующее.

Биотехнология– это целенаправленное получение ценных для народного хозяйства и различных областей человеческой деятельности продуктов, в процессе которого используется биохимическая деятельность микроорганизмов, изолированных клеток или их компонентов. [1]

Биотехнологические процессы занимают особое место в природоохранных технологиях, поскольку в основе своей являются экологически чистыми производствами. Последнее понятие будет подробно обсуждаться в следующей теме.

В качестве примера можно привести микробиологическую очистку сточных вод предприятий и почв от нефти и нефтепродуктов, компостирование бытовых отходов, аэробную очистку сточных вод и многое другое.

Какие виды биохимической деятельности микрообъектов используются в биотехнологии, иначе говоря, что является целевым при использовании микроорганизмов.

Перечислим их, не вдаваясь в подробности.

'1. Наращивание клеточной массы, которая и представляет собой продукт. К такому классу технологий относится получение пекарских дрожжей, кормовых дрожжей, в общем, экологически чистой биомассы и др.

2. Образование (биосинтез) в процессе роста и развития клеток ценных биохимических продуктов – некоторые из них выделяются в среду (внеклеточные продукты), некоторые накапливаются в биомассе (внутриклеточные продукты). В этих случаях производство существует ради получения таких продуктов, а не самой биомассы, которая часто является балластом.

3. Биотрансформация. Этим красивым словом называется процесс, в результате которого под воздействием биохимической деятельности микроорганизмов или ферментов происходит изменение химического состава исходного химического вещества. Отличие от рассмотренного выше процесса биосинтеза состоит в том, что при этом обычно происходят относительно небольшие изменения в химической структуре вещества, оно не синтезируется заново из относительно более простых веществ. Кроме того, в процессе биотрансформации используется обычно уже готовый биологический агент – клетки микроорганизмов или ферменты, в ходе самого процесса биотрансформации они не образуются.

Пример процесса биотрансформации – превращение глюкозы во фруктозу под воздействием фермента глкозоизомеразы. Оба сахара имеют одну формулу СбН₁₂О₆ но имеют только пространственные отличия в структуре молекулы.

Интересно, что подобный процесс в природе осуществляют пчелы (если кормить их глюкозой). Но здесь в операции принимает участие макроорганизм – пчела, и мы не можем данный процесс назвать биотехнологическим.

Или другой пример. Глицерин, представляющий собой трехатомный спирт, под воздействием клеток глюконобактерий, превращается в диоксиацетон:

Изменение в структуре молекулы вроде бы небольшое – уходят два атома водорода, т.е. происходит дегидрирование. Между тем новое вещество по своим свойствам заметно отличается от исходного – глицерина.

4. Потребление микроорганизмами из жидких сред различных веществ, которые являются нежелательными примесями (загрязнениями). Здесь биомасса микроорганизмов служит промежуточным агентом, сама по себе она не нужна. Такие процесоы применяются впроцессах биологической очистки сточных вод. Продуктом здесь является очищенная вода, а биомасса активного ила, которая потребляет загрязнения, все время отводится от системы и затем обезвреживается или перерабатывается для получения из нее других полезных продуктов.

5. Выщелачивание с помощью микроорганизмов, т.е. перевод в растворенное состояние некоторьых веществ, находящихся в твердьых телах. Примером является микробиологическое вьыщелачивание ценньых металлов из руд –меди, цинка, урана и др..

6. Особьым случаем является использование биохимической деятельности микроорганизмов с целью образования газов и за счет зтого – создания, например, пористьых материалов. Для зтого, в основном, используют дрожжи при приготовлении хлеба. Одно из назначений дрожжей при получении пива или шампанского – также создать в среде высокую концентрацию растворенного углекислого газа, чтобы вино или пиво хорошо пенилось.

Рассмотренные шесть основных направлений биохимической деятельности микроорганизмов являются основой для получения широкого класса продуктов биотехнологии.

Преимущества биотехнологических процессов.По сравнению с химической технологией биотехнология обеспечивает следующие основньїе преимущества:

- Возможность получения специфичных и уникальных природных веществ, часть из которых (например, белки, ДНК) еще не удается получить путем химического синтеза.

- Проведение биотехнологических процессов при относительно невысоких температурах и давленнях.

- Микроорганизмы имеют потенциально значительно более высокие скорости роста и накопления клеточной массы, чем другие организмы.

Например, с помощью микроорганизмов в ферментере обьемом 300 м³ за сутки можно выработать 1 т белка. Чтобы такое же количество белка в сутки выработать с помощью крупного рогатого скота, нужно иметь стадо 30000 голов. Если же использовать для получения такой скорости производства белка бобовые растения, например, горох, то потребуется иметь поле гороха площадью 5400 гектаров.

- В качестве сырья в процессах биотехнологии можно использовать дешевые отходы сельского хозяйства и промышленности.

- Биотехнологические процессы по сравнению с химическими обычно более зкологичны, имеют меньше вредных отходов, близки к протекающим в природе естественным процессам.

- Как правило, технология и аппаратура в биотехнологических производствах более просты и дешевы.