Воздействие производства на природную среду. Природно-промышленные системы

 

Инженерная экология– научная дисциплина, изучающая взаимодействие общества с природной средой в процессе общественного производства. В целом процесс общественного производства является общим объектом исследования многих научных направлений, поэтому в теоретическом плане для выделения научного направления – инженерной экологии – необходимо определить объект и предмет и установить отличия области исследований от таковой в других научных направлениях.

Одна из главных категорий в инженерной экологии – природно-промышленная система, образовавшаяся в результате взаимодействия производства с природной средой, которая обладает определенной структурой и особенностями функционирования. Являясь объективной реальностью, ППС выделяется с целью использования целостного (холистического от греческого holos - целый) комплексного системного подхода при изучении взаимодействия производства с природной средой. На необходимость комплексного подхода при изучении природной среды указывали В.И.Вернадский, В.В.Докучаев, К.Либице, Г.Ф.Морозов, А.Тенсли и другие ученые XIX-XXв.в. Реальной основой для такого подхода стало учение о биосфере сформировавшееся в начале XX в. под влиянием работ целого ряда ученых, среди которых ведущая роль принадлежит В.И.Вернадскому.

Итак, в основе взаимодействия системы «общество-природа» лежит общественное производство, все главные моменты которого входят в состав нообиогеоценоза. Основным процессом, определяющим функционирование нообиогеоценоза как элементарной ячейки системы «общество-природа», является процесс труда.

При появлении в структуре экологической системы объектов промышленного производства, оказывающих влияние на ее функционирование, возникает новая (искусственная) экологическая система, которую и предлагается называть природно-промышленной системой.

Пространственная иерархия ППС может быть выражена следующей последовательностью:

- нообиогеоценоз;

- природно-промышленный комплекс (ППК);

- территориально-производственный комплекс (ТПК).

Природно-промышленный комплекс – это относительно самостоятельная природно-промышленная система, в структуру которой входят промышленные, природные, коммунально-бытовые и аграрные объекты, функционирующие как единое целое. Рационально функционирующий ППК характеризуется минимальными материальными, энергетическими, трудовыми и другими затратами, при условии получения планируемого объема промышленной продукции, обеспечения необходимого качества окружающей природной среды, достижения оптимальной продуктивности сельско -, лесо -, рыбо-хозяйственных и других угодий, входящих в его состав. Границами природно-промышленного комплекса (выделенной ППС) будут границы зоны влияния промышленных предприятий, входящих в состав комплекса.

Основная отличительная особенность экологической системы, в которой функционирует ППК, состоит в том, что практически все элементы этой системы находятся под постоянным воздействием промышленных предприятий. В большинстве случаев сельскохозяйственные, лесные и другие угодья, расположенные в таком регионе, снижают свою продуктивность, а иногда и полностью деградируют. При этом основная продукция экологической системы имеет не меньшее значение и ценность, чем вся продукция промышленного звена, а в ряде случаев ее значение даже больше.

При анализе структуры ППК в целом и отдельных его частей можно выделить три основные составляющие: абиотическую, биотическую и производственную.

Обмен веществом между объектами ППК происходит путем вовлечения определенных технологических и природных ресурсов в материальное производство, в процессе которого создается продукт труда (продукция ППК). Не вошедшие в продукт труда ресурсы возвращаются в природную среду, суммарное количество веществ, вовлекаемых в производство и выходящих из него в границах отдельного ППК, остается примерно постоянным.

Обмен энергией между компонентами ППК происходит путем превращения природных источников энергии в энергетические ресурсы производства, а также путем выделения в окружающую среду неиспользованной в производстве доли энергии.

Обмен информацией позволяет судить о состоянии отдельных компонентов, корректировать процессы обмена веществом и энергией. Информация естественного характера выражается через свойства природных компонентов, искусственная информация, получается, посредством использования автоматизированных систем контроля, «прогноза», управления процессами производства и состоянием (продуктивностью) природных объектов.

Таким образом, природно-промышленный комплекс – это относительно устойчивая и самостоятельная структурная единица ноосферы, включающая в себя природные, промышленные, сельскохозяйственные, коммунально-бытовые объекты, которые функционируют как единое целое на основе определенного типа обмена веществом, энергией и информацией.

Структуры природно-промышленных систем. В общем случае под структурой ППС понимается состав и взаимное расположение ее компонентов и элементов, определяющих характер и направление функционирования системы. В зависимости от назначения и целей использования можно выделить следующие типы структуры ППС: компонентная, иерархическая, функциональная, морфологическая.

Функционирование ППС основано на принципах обмена веществом, энергией или информацией между ее структурными единицами, происходящего в результате процесса производства, специфики его технологии. Взаимосвязь этих видов обмена с природными процессами может иметь форму взаимодействия, влияния и воздействия.

Взаимодействие. С природной средой взаимодействие осуществляется прямо или опосредовано при любом виде производства. Интенсивность взаимодействия определяется количеством ресурсов, которыми обмениваются предприятие и природная среда в процессе функционирования. При взаимодействии производства и природной среды имеет место природно-технологический процесс. Эффективность природно-технологического процесса ППС оценивают по объему суммарной продукции с учетом заданного качества компонента природной среды.

Использование природных ресурсов в технологических процессах производства и в природно-технологическом процессе характеризуется следующими показателями: интенсивностью (И), степенью (Н), эффективностью (Э) использования.

Показатели интенсивности отражают количество природных ресурсов, поступивших в технологический процесс в единицу времени (м³/с, ч/с, т/год) или вышедших из технологического процесса. Показатели степени использования характеризуют величину ресурса в продукции от общего поступления ресурса в процесс (усл. ед). Показатели эффективности (усл. ед) определяются путем сравнительной оценки величины показателей интенсивности и степени использования с нормативными значениями, лучшими, достигнутыми в отрасли, стране, мире.

Некоторые материальные ресурсы могут быть повторно или неоднократно задействованы в технологических процессах. Тогда производство становится замкнутой системой без выхода этих ресурсов в природную среду. По такому принципу создаются безотходные производства.

Влияние. Природная среда испытывает на себе влияние производства, под которым понимается процесс обмена веществом, энергией или информацией с природными компонентами. В результате происходят качественные или количественные изменения в их составе или свойствах функционирования. Оценка этих изменений производится путем сравнения количественных и качественных показателей состояния природных компонентов с фоновыми (кларковыми) значениями, определенными для данного компонента с учетом природных факторов.

Воздействие. Процесс обмена веществом, энергией или информацией с природными компонентами, вызывающий их изменения (нарушения или загрязнения) понимается как воздействие производства на природную среду. При этом количественные и качественные характеристики данных форм превышают предельно допустимые значения для данного компонента. Воздействие производства на природную среду целесообразно характеризовать показателями, которые позволяют сравнивать технологические параметры различных предприятий, проводить экологическую экспертизу технических решений, определять необходимую степень экологической эффективности природоохранных мероприятий. Такими показателями являются: интенсивность (I), степень (N), опасность (j) воздействия.

Интенсивность (I). Характеризуется количеством веществ, поступающих в природную среду (Iз) в единицу времени (г/с, кг/ч, т/год), а также площадью нарушения или количеством нарушенных в единицу времени природных компонентов (Iн) (м²/с, га/год, ед/год).

Степень воздействия (N) по величине соответствует отношению количественных показателей, характеризующих загрязнение или нарушение, к общему количеству выделившихся из технологического процесса веществ или к общей площади нарушаемого компонента. Степень воздействия измеряется в процентах и используется при разработке оптимальных показателей эффективности работы очистных и пылегазоулавливающих сооружений и эксплуатации отработанных земель и т.д.

Показатели опасности воздействия (j) (jз, jн) на природную среду характеризуют отклонения концентрации загрязняющих веществ С_i в природных компонентах от нормальных значений ПДК_i, а также отклонение площади или количества нарушений (Sн) от нормативных показателей (Sнп):

jз_i = C_i/ПДК_i<>1, jн_i = Sн/Sнп <>1, (1)

Еслиjз_i, jн_i <1,то опасности воздействия нет, если jз_i, jн_i ³1,то опасность существует.

Показатели опасности загрязнения или нарушения природной среды определяются в каждых конкретных условиях по специальным методикам. Полученные результаты служат основой для расчета экономического ущерба, наносимого природной среде деятельностью предприятий и предельно допустимых степени (ПДСВ) и интенсивности (ПДИВ) воздействия. Предельно допустимая интенсивность воздействия – плановый показатель охраны природной среды, который должен соблюдаться предприятием в условиях безопасности воздействия при существующих нормативах состояния природной среды. Как правило, достижение ПДИВ происходит поэтапно, путем проведения инженерных, экологических или организационных мероприятий, каждое из которых имеет соответствующую эффективность снижения интенсивности воздействия (ЭСИВ). Экологическая эффективность природоохранных мероприятий определяется в абсолютных показателях как разница между ПДИВ и I в начальный момент планирования.

Воздействие производства на природную среду. Источниками воздействия на природную среду являются технологические процессы любого общественного производства, так как только в процессе осуществляется обмен веществом и энергией с природной средой.

Все источники воздействия целесообразно разделять на источники нарушения и источники загрязнения. Источниками геомеханических нарушений являются технологические процессы, связанные с разведкой, добычей, транспортировкой и переработкой полезных ископаемых, строительством зданий, сооружений, коммуникаций и др., вследствие которых происходит нарушение почв, земель, массива горных пород.

Источниками гидродинамических нарушений являются технологические процессы, связанные с предварительной подготовкой месторождений и развитием добычи, строительством водохранилищ, каналов и других гидротехнических сооружений, прокладкой транспортных магистралей и т.д.

К источникам аэродинамических нарушений следует отнести все технологические процессы, создающие постоянные или временные препятствия на пути движения воздушных потоков (здания, сооружения, насыпи, выемки).

Источниками биоморфологических нарушений являются в первую очередь процессы, связанные с подготовкой площадей для строительства и отработки, вырубкой леса для получения крепежного материала и других производственных нужд, снятием и складированием плодородного слоя почвы.

Таким образом, источники нарушений – это технологические процессы, в результате воздействия которых изменяется структура и динамика функционирования ППС.

Источники загрязнения – это технологические процессы, в результате ведения которых в природную среду выделяются вещества и энергия, оказывающие воздействие на отдельные компоненты ППС.

Основными качественными характеристиками таких процессов являются состав веществ принимающих в них участие, и характер химических или других превращений, которые с этими веществами происходят.

Источники выделения – это аппараты, механизмы или агрегаты, в которых в результате технологического процесса происходит превращение веществ (топки котлов, дробилки, сушилки, двигатели, бурильные станки и пр.). Образовавшиеся вещества выбрасываются в природную среду через каналы, трубы, окна, аэрационные фонари, которые и являются источниками выброса (сброса). При этом выбросы загрязняющих веществ называют организованными. Неорганизованные (площадные, линейные, точечные) выбросы (сбросы) веществ в атмосферу, гидросферу и метосферу происходят, когда отсутствует источник выброса. В зависимости от высоты устья источника выббросы (сбросы) веществ в атмосферу, гидросферу и метосферу происходят, когда отсутствует источник выброса. В зависимости от высоты устья источника выброса над уровнем земли различают высокие (³ 50 м), средней высоты (от 10 до 50м), низкие (от 2 до 10 м), наземные (£ 2 м) источники. На характер распространения загрязняющих веществ в атмосфере, гидросфере оказывают влияние и такие параметры источника как форма площадь сечения, конструкция устья: многоствольная труба или рассеянный сброс.

В соответствии с характеристиками технологических процессов воздействие производства на природную среду целесообразно разделить на виды: механическое, физическое, химическое и биологическое (возможны их сочетания).

Механическое воздействие имеет место в случае применения механических средств труда (экскаваторы, комбайны, механизированные комплексы). Кроме того, оно может быть вызвано резанием, скалыванием, спиливанием, бурением, сжатием, ударом, вибрацией в случае использования разрушающих приспособлений.

Физическое воздействие обусловлено применением физических процессов в технологии ведения работ – тепловых, световых, электромагнитных, влияющих в форме различного рода излучений (потоков энергии) на природные компоненты и разрушающих в них структурные и функциональные связи.

Химическое воздействие возникает в случае использования в производственных процессах различных превращений веществ, происходящих при их взаимодействии друг с другом.

Биологическое воздействие предполагает наличие живых организмов, поступивших в природную среду либо в результате использования в технологии производства (например, биологическое выщелачивание металлов), либо при транспортировке. Под последствием воздействия понимается состояние, в которое переходят все компоненты ППС в результате нарушения или загрязнения одного из природных компонентов.

Литература

1. Андреева Е.С., Андреев С.С. Промышленная экология. Санкт – Петербург, 2005. –С.5-26.

2. Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии. –М.: Логос, 2001. – С. 18-68.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается смысл понятия «природно-промыщленные система»?

2. Каковы основные особенности обменов веществом, энергией и информацией в рамках природно-промышленного комплекса. Ответ необходимо проиллюстрировать на конкретных примерах.

3. В чем разница между понятиями «влияние» и «воздействие». Ответ следует пояснить на примере конкретного промышленного объекта.