|
Количественная оценка элементопотоков в природной и техногенной среде
По мнению специалистов различных областей фундаментальной и прикладной науки, современный период в развитии цивилизации может рассматриваться как начало преобразования биосферы в ноосферу. Это глобальное явление с позиций общего развития Земли идёт чрезвычайно быстрыми темпами. При постоянно возрастающей скорости перехода биосферы в ноосферу проблемы объективной комплексной оценки состояния окружающей среды и разработки научно обоснованного прогноза изменений, происходящих под воздействием антропогенной деятельности, становятся все более актуальными. Это, в первую очередь, обусловливается непрерывно возрастающим загрязнением биосферы. Без объективной комплексной оценки невозможно как принятие научно обоснованных решений, связанных с охраной окружающей среды, так и рациональное использование природных ресурсов.
Согласно общепризнанному учению В.И. Вернадского, ноосфера представляет собой высшую стадию развития биосферы, характеризующуюся сохранением всех присущих ей естественных закономерностей (при максимальных возможностях общества удовлетворять материальные и культурные потребности человека) и научной организацией техногенного воздействия на природную среду.
Изменения в биосфере, связанные с формированием ноосферы, внесли существенные коррективы в ранее существовавший процесс природной миграции. Движение химических элементов в биосфере (и в ее биогенных, и в техногенных ландшафтах) происходит под воздействием как природных, так и антропогенных факторов, причем роль последних постоянно возрастает.
Вторая половина XX века и особенно его последние десятилетия ознаменовались резко возросшей интенсивностью и дальностью техногенной (социальной) миграции химических элементов.
Распространение металлов в биосфере носит глобальный характер: их растворимые соединения разносятся течением рек и движением подземных вод, а нерастворимые – ветром. В последние годы особенно активно металлами насыщаются почвы, подпочвенные и поверхностные воды, атмосфера, свалки и места захоронения промышленных и бытовых отходов, бытовые и промышленные стоки и т. п. Значительное рассеивание металлов происходит в результате использования пестицидов, моющих средств, медикаментов, добавок в пищу скоту и др.
В мировой практике управления техногенными материалами, в том числе отходами, содержащими тяжелые металлы, сформулирован и активно развивается принцип «от колыбели до могилы», утверждающий необходимость тщательного мониторинга движения природных и техногенных ресурсов, продуктов и отходов, начиная с момента добычи сырья и заканчивая утилизацией или захоронением использованной продукции.
Управление отходами по этому принципу требует исчерпывающей информации о движении элементов в техногенной среде и возможности воздействия на это движение. Принцип «от колыбели до могилы» также означает, что каждая стадия движения материальных ресурсов, техногенных материалов, отходов и выбросов должна быть описана количественно. Однако необходимо заметить, что интенсивность техногенной миграции химических элементов до сих пор практически не рассчитывалась.
Основой современного подхода как к оценке эффективности использования различного рода ресурсов, так и к оценке техногенного воздействия производств на окружающую природную среду является принцип построения циклов или круговоротов материалов. Такой подход позволяет наиболее четко проследить причинно-следственные связи многофакторных природно-техногенных процессов. После того, как были сформулированы понятия и рассчитаны круговороты ряда химических элементов – азота, серы, углерода и др., имеющих особое значение для органических процессов на нашей планете, следующим логическим шагом в этой тенденции является введение понятия «потока химического элемента» или «элементопотока».
Необходимость такого подхода вытекает ещё и из следующих соображений. В современных условиях все большее, а часто и определяющее значение как в вопросах влияния на качество продукции, так и при образовании выбросов суперэкотоксикантов имеют микроэлементы, присутствующие в техногенном материале иногда в количестве всего лишь нескольких граммов на тонну материала. Окружающая человека среда становится все более сложной по номенклатуре химических соединений и материалов, несвойственных среде природной, и этот процесс развивается все более стремительно.
В этих условиях необходимо иметь не только максимально достоверную информацию о происходящих технологических процессах, но и надежную основу для анализа и прогноза возможных социальных последствий принимаемых технических решений. Надежность в подобном анализе может обеспечить только учет движения в рассматриваемой системе каждого химического элемента независимо от его количества, базирующийся на балансовом методе исследования и подтвержденный термодинамическими расчетами состава всех образующихся в системе фазовых составляющих. Количественная оценка этого движения отражается в виде элементопотока.
Под техногенным элементопотоком понимают все количественно определенные параметры движения химического элемента по технологической цепочке, начиная от его извлечения из сплошной природной среды (недр) и включая транспортировку сырья и продукции, производство энергии и все технологические стадии производства и потребления продукта, все формы обращения с отходами производства и потребления, в том числе их рециклинг и депонирование, а также распространение исследуемого элемента с выбросами во все природные среды.
Методы расчёта и построения элементопотоков разработаны и применяются в МИСиС в течение последнего десятилетия. В зависимости от цели и глубины проводимых исследований могут строиться различные схемы элементопотоков, например:
· для отдельных составляющих глобальной схемы: для стадии добычи и подготовки ресурсов к потреблению, для транспортной, производственной или бытовой сферы и т.п.;
· для различных географических регионов: добывающего, производственного, энергопроизводящего, для территорий, используемых для складирования отходов и т.д.;
· для конкретных производственных подразделений, в том числе для отдельных агрегатов и т.п.
В отличие от глобального элементопотока, их можно определить как локальные (или региональные, если речь идет о построении его по географическому принципу). Кроме того, элементопотоки могут подразделяться с учетом временного фактора на среднесуточные, среднемесячные, среднегодовые, «мгновенные» и т.п.; интегральные за определенный период, например, за время функционирования какого-либо производственного предприятия, с момента основания какого-либо региона или промышленного центра и т.п., наконец, за весь период существования цивилизации или в какую-либо историческую эпоху.
В ближайших номерах журнала «Рециклинг отходов» будут опубликованы практические примеры расчета количественной оценки элементопотоков.
Голубев О. В., к.т.н., Кочуров С. С., Черноусов П. И., к.т.н.,
Московский государственный институт стали и сплавов (ТУ)
|
|
Архив журнала