Розділ №3. Антропогенна деградація біосфери та основні принципи природокористування

Тема лекції: Урбанізація та охорона навколишнього середовища

ПЛАН

1. Інфраструктура міст. Міські споруди, енергетичні системи міст.

2. Екологія міського транспорту. Мезо- та мікроклімат міст.

3. Планувальна структура міста. Ландшафт міста.

4. Утилізація та знешкодження відходів.

5. Очисні споруди. Основні екологічні міські заходи.

Лекція № 11 (2 години)

Розділ №3. Антропогенна деградація біосфери та основні принципи природокористування

Тема лекції: Фізичні фактори забруднення та їх вплив на навколишнє середовище

ПЛАН

1. Шум, вібрація та інфразвук. основні заходи боротьби.

2. Захист населення від електромагнітних полей.

3. Проблема радіаційного забруднення.

Енергетичні забруднення зумовлені шумом, вібраціями, тепловими викидами, ультразвуком, електромагнітними полями, світловим, лазерним, інфрачервоним, ультрафіолетовим та іонізуючим випромінюванням.

Шумове забруднення. Шум – це сукупність звуків різноманітної частоти та інтенсивності, що виникають у результаті коливального руху частинок у пружних середовищах (твердих, рідких, газоподібних). Шумове забруднення – це неприємні та небажані звуки, які заважають нормально працювати, сприймати потрібні звукові сигнали і викликають різні порушення екосистем.

Шуми негативно впливають на здоров'я людей, знижують їх працездатність, призводять до захворювань серцево-судинної (гіпертонія), нервової та ендокринної систем та органів слуху.

Рівень звукового тиску шумів вимірюють децибелами (дБ). Це умовні одиниці характеристики сили звуку, які показують, наскільки звук (шум) у логарифмічних відносних одиницях вищий за поріг слухового сприйняття людини. Звичайна розмова ведеться в межах інтенсивності звуку 30-60 дБ, що відповідає частоті 250–10000 Гц. У разі постійного шуму силою 70 дБ виникає розлад ендокринної та нервової систем, 90 дБ – порушується слух, 140 дБ – з'являється нестерпний фізичний біль (140 дБ – т.зв больовий поріг). Всередині приміщень різного призначення рекомендують діапазони шумів: для сну, відпочинку – 30–45 дБ; для виробничих приміщень – 56–70 дБ (для порівняння: цокання годинника – близько 30 дБ, робота телевізора – до 95 дБ, рух поїзда – 95–100 дБ, літака в повітрі – понад 105 дБ.

Характер шуму залежить від його джерела. У зв’язку з цим розрізняють шуми механічного, електромагнітного, аеро- та гідродинамічного походження.

Механічні шуми виникають при зіштовхуванні, терті деталей і механізмів, а також при ударних процесах (кування, штампування, клепання). Джерелами механічного шуму є такі елементи обладнання, як підшипники кочення і зубчасті передачі. Шум зростає із збільшенням швидкості обертання.

Аеро- і гідродинамічні шумивиникають при русі з великою швидкістю газу, пари або рідини в результаті пульсації тиску, зумовленої турбулентними процесами у вільному потоці або біля границь обтічного тіла (напр., в машинах з робочими деталями, що обертаються).

Електромагнітні шуми виникають в електричних машинах і обладнанні в результаті взаємодії феромагнітних мас під впливом змінних магнітних полів.

Частотний склад шуму називають спектром шуму; він дає можливість визначити джерело шуму і допомагає вжити ефективних заходів з його зменшення. Будь-яке джерело шуму має свій, характерний для нього спектр. За характером спектру виробничі шуми поділяються на широкосмугові (з неперервним спектром шириною більше однієї октави) і тональні, в спектрі яких прослуховуються окремі тони (напр., шум дискової пили).

За спектральним складом розрізняють шуми низько-, середньо- та високочастотні з переважанням складових частотою коливання відповідно до 300, від 300-800 і вище 800 Гц. Найбільш подразнювальними є високочастотні шуми (свист повітря, брязкіт металу). Гранично допустимі норми шуму залежать від частоти звуку. Низькочастотні шуми за рівня до 100 дБ не завдають особливої шкоди слуху. Проте високочастотні є небезпечними при рівнях понад 75–80 дБ.

В боротьбі з виробничим шумом застосовуються, не враховуючи індивідуальних засобів захисту, два основних методи:

- зменшення шуму в джерелі його виникнення;

- послаблення шуму на шляху його розповсюдження.

Вібрації – це коливання механізмів, машин та їх елементів. Є корисна вібрація, яка використовується в технологічних процесах, і шкідлива.

При вібрації виробничого механізму коливальні та обертальні рухи передаються предметам та людині, які з ним контактують. Джерелом вібрацій є шліфувальні машини, ріжучий інструмент станків тощо.

Вібрація негативно впливає на центральну нервову систему, шлунково-кишковий тракт, вестибулярний апарат та викликає запаморочення, оніміння кінцівок та захворювання суглобів.

Вібрація є причиною виникнення фахових захворювань – віброзахворюваннь, лікування котрих можливе лише на ранніх стадіях. Хвороба проявляється у порушеннях опорно-рухового апарату, незворотних змінах в кістках і суглобах, зсувах у черевній порожнині, відхиленнях нервово-психічної діяльності; людина частково або цілком утрачає працездатність.

Вібрація буває загальною (коливання передаються всьому тілу від механізмів через підлогу, сидіння або робочий майданчик) і локальною (зумовлена коливаннями інструмента чи устаткування, що передаються до окремих ділянок тіла). Найнебезпечнішою є загальна вібрація частотою 6–9 Гц, оскільки вона збігається з частотою власних коливань внутрішніх органів людини. В результаті цього може виникнути резонанс, це призводить до переміщень і механічних ушкоджень внутрішніх органів. Так, частота власних коливань серця, внутрішніх органів і грудної клітки становить 5 Гц, головного мозку – 20 Гц, центральної нервової системи – 250 Гц.

Боротьба з вібрацією, які і боротьба із шумом, може здійснюватися двома шляхами – в джерелі виникнення і на шляху її розповсюдження. Зменшення вібрації на шляху розповсюдження здійснюється трьома основними методами – віброізоляцією, віброгасінням та вібропоглинанням.

Сутьвіброізоляції(яка використовується на практиці найчастіше) полягає в тому, що між джерелом вібрації (машиною або її частиною, фундаментом, підлогою, настилом, плитою перекриття) і об’єктом, який необхідно захистити, поміщаються пружні елементи – амортизатори, які перешкоджають передаванню коливань.

Для зниження вібрації окремих конструкцій і агрегатів застосовують віброгасіння, яке здійснюється за рахунок дії на захищуваний об’єкт приєднаних до нього додаткових коливальних систем з належним чином підібраною масою.

Вібропоглинання(вібродемпфірування) полягає у нанесенні на вібруючі поверхні спеціальних покрить (жорстких та м’яких). Матеріалом для жорстких покрить є тверді пластмаси, листи яких наклеюють на поверхню вібруючої конструкції. Такі покриття ефективні на низьких і середніх звукових частотах. Для зниження рівня вібрацій, які генерують високочастотні шуми, застосовують м’які матеріали – гуму, фетр, войлок, пінопласт.

Теплове забруднення є наслідком теплових викидів переважної більшості промислових підприємств, устаткування і машин, що використовують процеси горіння, нагрівання, вибуху. Найбільшими джерелами теплового забруднення є ТЕС і АЕС.

Теплові агрегати мають невисокий тепловий ККД і викидають в атмосферу значну кількість теплоти. Теплове забруднення зумовлене і скиданням у водойми теплих вод з різних енергетичних установок.

Надходження нагрітих вод у ріки й озера істотно змінює їх термічний і біологічний режими та зменшує біопродуктивність. Верхня межа витривалості організмів стосовно температурного фактора не перевищує 40–45°С (оптимум становить 15–30 °С; лише окремі види бактерій і водоростей можуть жити і розмножуватися за температури 80–88°С). Підвищення температури води у водоймах призводить до таких наслідків: до 26°С шкідливого впливу не спостерігається; в інтервалі 26–З0 °С відбувається пригнічення життєдіяльності риб; при температурі понад З0°С спостерігається шкідлива дія на біоценози, а за 34–36 °С гине риба та деякі види інших організмів. У теплих водах порушуються умови нересту риб, гине зоопланктон, риби уражуються паразитами і хворобами.

Головними джерелами електромагнітного випромінювання є радіотелевізійні та радіолокаційні станції, засоби радіозв'язку, високовольтні лінії електропередачі (ЛЕП), електростанції й трансформаторні підстанції, а також лінії електротранспорту (особливо метрополітени). Величина електромагнітного поля поблизу потужних ЛЕП (понад 1000 кВ) перевищує норму в 20 разів. Мірою забруднення електромагнітними полями є напруженість електромагнітного поля, яка вимірюється у В/м2. Нормою вважається напруженість електромагнітного поля, що дорівнює 2,5 Вт/ м2.

Електричне поле завжди присутнє навколо будь-яких електричних приладів (навіть тих, що тимчасово не працюють, але приєдані до джерела живлення).

Великі міста постійно вкриває електромагнітний смог. Звичайно, його неможливо зауважити візуально, як зауважуємо дим від заводських труб чи відвали промислових і побутових відходів. Але, власне, електромагнітне забруднення фахівці зараховують до найнебезпечніших екологічних факторів, хоча його дія остаточно ще не вивчена. Поки що навіть важко спрогнозувати, чим обернеться тривале перебування людини в умовах щільного електромагнітного поля, бо минуло ще не так багато часу, відколи мобільний зв'язок, високочастотні побутові прилади та комп'ютерна техніка увійшли в повсякденне життя.

Якісний мобільний зв'язок у містах забезпечують кілька сотень базових станцій стільникового зв'язку. У санітарному паспорті базової станції вказується карта-схема навколишньої території та позначаються три круглі плями – чорного і сірого кольорів. Так маркується територія, на якій не допускаються житлові забудови вище 19 та 22 метрів відповідно. На таких висотах у зонах базових станцій рівень випромінювання сягає критичної межі. Чи завжди будівельники дотримуються цих норм?

Наше тіло складається з частинок, які обертаються під дією електричних потоків. Зовнішнє магнітне поле порушує ці потоки, вносячи у клітини негативну інформацію. Наслідками є порушення сну, депресія, склероз, вроджені аномалії, пухлини, лейкемія.

Особливо небезпечним забрудником природного середовища є іонізаційне випромінювання, зокрема радіація. Радіаційний фон Землі зумовлений:

1) космічним випромінюванням;

2) випромінюванням від радіоактивних ізотопів природного походження, які присутні в літосфері, гідросфері, атмосфері та біосфері. Це:

§ довгоживучі радіоактивні елементи, які знаходяться посередині періодичної таблиці Д.І.Менделєєва і мають масові числа від 40 до 190 (40К, 40Са, 87Rb, 130Te тощо);

§ радіоактивні ізотопи, які входять до складу уран-радієвої (материнські радіонукліди 238U і 226Ra) та торієвої (материнський радіонуклід 232Th) радіоактивних родин;

3) випромінюванням від штучних радіонуклідів, які утворилися при випробуваннях ядерного зброї (і випали на поверхню Землі у вигляді радіоактивних опадів), при роботі підприємств атомної промисловості та підприємств, які працюють з радіоактивними речовинами.

Перших два компоненти визначають природний радіаційний фон. Однак антропогенна діяльність людини призводить до перерозподілу природної радіоактивності. Це, зокрема, виготовлення будівельних матеріалів з відходів переробної промисловості та природних компонентів, що мають підвищену питому радіоактивність, газо-аерозольні викиди в атмосферу продуктів спалювання палива, потрапляння у природні водойми стічних вод уранових родовищ, підприємств зі збагачення урану, виробництв мінеральних добрив, а також порушенням озонового шару.

Єдиним газоподібним продуктом розпаду представників трьох родин природних радіоактивних елементів є радон – інертний газ без кольору і запаху, майже у 10 разів важчий за повітря, добре розчинний у воді.

Внесок радону в загальну дозу опромінення людини від природніх джерел становить 30–50%. Основним медико-біологічним наслідком опромінення радоном і його дочірніми продуктами розпаду (ДПР) є рак легенів.

Основну частину дози опромінення від радону людина отримує, знаходячись у закритому приміщенні, яке не провітрюється. В зонах з помірним кліматом концентрація радону в закритих приміщеннях в середньому у 8 разів вища, ніж у зовнішньому середовищі.

В атмосферу приміщень радон надходить такими шляхами:

- проникненням з ґрунтів крізь фундамент і перекриття підвальних приміщень будинку. Тому перед початком будівництва будь-яких об'єктів потрібно виміряти активність радону в ґрунті і повітрі, а також врахувати швидкість надходження радону з ґрунту в житлові приміщення. Важливим фактором впливу на концентрацію радону є конструкція будинку - чим більший "контакт" будинку із ґрунтом, тим вищий рівень радону;

- за рахунок ексхаляції (виділення) з матеріалів конструкції будинку. Будинки, збудовані з порівняно слаборадіоактивних (за гамма-випромінюванням) матеріалів, можуть бути вкрай небезпечними за рахунок високого виділення радону з будівельних матеріалів;

- з водопровідною водою і природним газом. Радон добре розчиняється у воді і міститься у всіх природних водах. Причому в глибинних ґрунтових водах його вміст, як правило, більший, ніж у поверхневих водостоках і водоймах. Наприклад, у підземних водах концентрація радону може змінюватися від 4–5 Бк/л до 3–4 МБк/л, тобто в мільйон разів. У водах озер і рік концентрація радону не перевищує 0,5 Бк/л, а у водах морів і океанів – не перевищує 0,05 Бк/л. Одним з найрезультативніших методів боротьби з радоном, розчиненим у воді, є аерація води. Процес аерації є одним з етапів підготовки води на міських водоочищувальних станціях. Нормами радіаційної безпеки України (НРБУ-97) встановлено гігієнічні нормативи на вміст радону у воді джерел питного й господарського призначення ≤100 Бк/кг.

Значно більшу небезпеку становить надходження парів води з високим вмістом радону у легені разом з повітрям, що вдихається. Це найчастіше відбувається у ванній кімнаті. Концентрація радону у ванній кімнаті в ~3 рази вища, ніж у житлових кімнатах.

Крім того, рівень концентрації радону і ДПР в атмосфері будинків істотно залежить відповітрообміну з атмосферним повітрям– від природної і штучної вентиляції приміщення, старанності шпаклювання вікон, стиків стін

Нормування забруднень. Згідно з законом незліквідованості відходів, або законом побічних впливів виробництва, для будь-якого господарського циклу характерним є утворення відходів. Основним напрямом охорони довкілля є нормування кількості викидів, стоків та відходів і контроль за ними. В основі нормування лежить встановлення гранично допустимих концентрацій (ГДК) шкідливих речовин (полютантів) в атмосферному повітрі, воді й ґрунті та харчових продуктах. ГДК полютанта – це такий його максимальний вміст у природному середовищі (воді, повітрі, ґрунті) або продукті, який не знижує працездатності та самопочуття людини, не шкодить її здоров'ю в разі постійного контакту, а також не викликає небажаних (негативних) наслідків у нащадків.

Для визначення ГДК використовують високочутливі тести, пов'язані зі зміною світлової чутливості ока, потенціалів мозку. Вони дають змогу виявити мінімальні впливи токсичних речовин на організм людини навіть у разі короткочасної їх дії. Для виявлення тривалого впливу токсичних речовин проводять лабораторні дослідження на тваринах у спеціально обладнаних камерах із застосуванням різних тестів.

ГДК виражають у міліграмах на метр кубічний (мг/м3) – у повітрі, на дециметр кубічний (мг/дм3) – у воді та в міліграмах на кілограм (мг/кг) – у ґрунті та продуктах харчування.

Для кожного типу середовища встановлюються різні види ГДК:

- для повітряного середовища: ГДКр.з (ГДК робочої зони, за яку вважають простір заввишки до 2 м над підлогою, де знаходяться робітники (рівень вдихання)), ГДКм.р (ГДК максимальна разова: при вдиханні впродовж 20 хв не повинна спричинювати негативних наслідків в організмі людини), ГДКс.д (ГДК середньодобова – вміст забрудника, який не повинен негативно впливати в разі необмежено тривалого (впродовж років) вдихання);

- для водного середовища: ГДКв (для водойм господарсько-питного і побутового призначення), ГДКв.р. (для водойм рибогосподарського водокористування);

- для ґрунту: ГДКгр (для орного шару ґрунту) – не повинна негативно впливати не тільки на здоров'я людини, а й на самоочисну здатність ґрунту.

- для продуктів харчування: ГДКпр.

У разі наявності в повітрі кількох домішок їхню сумарну дію визначають за формулою:

С, /ГДКІ + С2/ГДК2 +... + Сп /ГДК < 1,

де С1, С2,..., Сп -- концентрації забрудників, мг/м3; ГДКІ, ГДК2,..., ГДКn – ГДК забрудників, мг/м3.

Лекція № 12 (2 години)