В настоящее время основной задачей в области охраны окружающей среды является предотвращение загрязнения воздуха и воды на нашей планете.
По имеющимся оценкам, ежегодно в атмосферу Земли в результате сжигания органического топлива выбрасывается около 150 млн. т золы, 100 млн. т окислов серы, 60 млн. т окислов азота, 300 млн. т окиси углерода (СО). Существенная часть этих загрязняющих атмосферу веществ приходится на долю тепловых электростанций, где сжигается огромное количество органического топлива.
На состояние водных источников (гидросферы) заметное воздействие оказывают гидростанции. Атомные электростанции несут в себе меньшую угрозу загрязнения воды и воздуха; разумеется, при строгом контроле за тем, чтобы радиоактивное излучение не выходило за пределы установленных норм.
Главные загрязнители атмосферы Земли — всех видов установки, сжигающие органическое топливо: автомобили, котлы ТЭС, отопительные устройства, различные промышленные печи и др.
Попадающие в атмосферу и загрязняющие ее вещества могут существовать там разное время. Так, крупные твердые частицы золы оседают за время, измеряемое часами и даже минутами, окислы же серы и азота, а также весьма мелкие твердые частицы могут существовать в атмосфере недели, пока не будут вымыты осадками.
Во многих странах больше всех загрязняют атмосферу автомобили. Отопительные установки жилых зданий также вызывают загрязнение атмосферы. Что касается ТЭС, то в результате хорошо организованного в большинстве котлов процесса горения (практически полного сгорания топлива) содержание СО и сажи в продуктах сгорания невелико. Котлы оборудованы золоуловителями, имеющими высокий КПД. Вследствие этого содержание золы в продуктах сгорания ТЭС также относительно низко. Гораздо труднее бороться с окислами азота и особенно серы. Окислы азота образуются при сжигании топлива в зонах высокой температуры. В настоящее время разрабатываются способы, позволяющие, уменьшить их образование в несколько раз.
Принимаются меры по сокращению вредных выбросов. Здания, в которых живут около 80% городского населения, отапливаются централизованно, т. е. с помощью ТЭЦ или крупных котельных. Это существенно сокращает вредные выбросы.
В последнее время большое внимание уделяется так называемому тепловому загрязнению атмосферы, т. е., попросту говоря, ее нагреванию. Нагревание атмосферы за счет человеческой деятельности может произойти главным образом по двум причинам: непрерывный рост производства энергии и повышение содержания СО2 в атмосфере Земли. Хотим мы этого или нет (вспомним об особенностях тепловой энергии и о втором законе термодинамики), почти вся произведенная человеком энергия в конечном счете превращается в тепло. В настоящее время в энергетическом балансе Земли (превалирующее количество энергии Земля получает за счет солнечной радиации) энергия, произведенная человеком, составляет около 0,01%. Многие специалисты считают, что, когда эта цифра возрастет до 1%, т. е. увеличится в 100 раз, температура поверхности Земли может за счет деятельности человека повыситься на 0,5—1°С. Что произошло бы в результате этого, определенно сказать трудно, но имеются опасения, что даже такое малое изменение температуры, вызванное вмешательством человека в энергетический баланс Земли, может привести к изменению климата Земли со всеми вытекающими отсюда нежелательными последствиями. Атмосфера Земли обладает так называемым парниковым эффектом: она хорошо пропускает коротковолновую солнечную радиацию и значительно хуже — длинноволновое излучение Земли. Оказывается, увеличение содержания углекислоты в атмосфере ведет к увеличению парникового эффекта и, следовательно, к повышению температуры поверхности Земли.
Вопрос о возможном потеплении поверхности Земли в результате деятельности человека изучен недостаточно. Необходимы дальнейшие исследования в этой области.
Охрана от загрязнения имеющейся на Земле воды (гидросферы) является также одной из главных задач, решаемых в целях защиты окружающей человека среды.
Большую опасность для гидросферы представляют многие промышленные предприятия (особенно предприятия химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной, металлургической промышленности). Для очистки сбросных вод предприятий сооружаются дорогостоящие фильтры: механические, химические и биологические. Однако кардинально решить эту проблему только с помощью даже самых совершенных фильтров нельзя. Необходимо вносить такие изменения (улучшения) в производственный технологический процесс, которые позволили бы очищенную воду снова использовать в производстве. Это позволит уберечь водоемы от какого бы то ни было загрязнения и ликвидировать или, по крайней мере, резко сократить потери полезных и по большей части ценных веществ (в частности, сырья). Вода используется в этом случае в замкнутом контуре (см. рис.). Из водоема забирается лишь малое количество воды для компенсации неизбежных ее потерь. Такая технология именуется замкнутой или безотходной.
Большую опасность для гидросферы представляют также плохо очищенные и тем более вовсе не очищенные бытовые сбросы воды городов и других населенных пунктов, а также недостаточно очищенные сбросы воды сельскохозяйственного производства.
ТЭС, АЭС и тем более ГЭС не имеют сколько-нибудь значительных сбросов воды, загрязненной опасными для гидросферы веществами.
Схема использования воды в замкнутом контуре.
очистное сооружение
Тем не менее они наносят ущерб водным источникам: ТЭС и АЭС — за счет сброса большого количества теплой воды (охлаждающая вода конденсатора) и нагревания вследствие этого водоемов, а ГЭС — главным образом в результате создания большого числа мелководных (или частично мелководных) водохранилищ.
Повышение температуры воды, например, в реках всего лишь на 1°С может привести к увеличению потребления кислорода биоорганизмами на 10—20%. А это может вызвать дефицит кислорода в воде со всеми вытекающими отсюда нежелательными последствиями. Этот вопрос заслуживает всестороннего изучения, особенно потому, что сброс теплой воды будет возрастать (вследствие ускоренного строительства АЭС, отдающих окружающей среде, в основном воде, почти в 1,5 раза больше низкотемпературного тепла по сравнению с ТЭС).
Следует заметить, что для замкнутых водоемов (прудов, озер), расположенных в умеренных и холодных широтах, сброс теплой воды не только не вреден, но даже полезен. В таких подогреваемых водоемах можно, например, организовать высокоэффективное рыбное хозяйство.
Строительство ГЭС на равнинных реках приводит к затоплению больших территорий. Значительная часть площади образовавшихся водохранилищ — мелководье. В летнее время за счет солнечной радиации в них активно развивается водяная растительность, происходит так называемое цветение воды. Изменение уровня воды, доходящее нередко на мелководье до полного осушения, приводит к гибели растительности.
Большим злом, вызывающим загрязнение поверхности морей, является утечка нефти при ее добыче на морском шельфе и при транспортировке танкерами, а также сброс загрязненной балластной воды при загрузке танкеров нефтью. Не входя в подробности, следует отметить, что загрязнение поверхности морей может быть устранено или, по крайней мере, резко сокращено путем проведения несложных технических и организационных мероприятий.
