Устойчивое развитие и решение экологических проблем техногенных провинций

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98» МОСКВА. МГТУ, 2.02.98 - 6.02.98

Г.В. Капабин, проф., д.т.н. Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН

УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ И РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ТЕХНОГЕННЫХ ПРОВИНЦИЙ

Известно, что постоянно возрастающие потребности человека, в основном реализуются за счет увеличения использования природных ресурсов. Это характерно для тех регионов, где природоэксплуатирующие отрасли производства преобладают в структуре экономики. Как следствие, в окружающую природную среду поступают огромные объемы газообразных, жидких и твердых отходов, а также других использованных и ненужных человеку материалов.

В таких техногенных провинциях из-за повышенной антропогенной нагрузки и достаточно низким потенциалом самовосстановления (буферной емкости) природной среды (для районов с экстремальными климатическими условиями, например -север), как правило, экосистемы находятся у предела равновесия.

В зависимости от специфики конкретного региона потенциал возможностей природы в условиях той или иной сферы хозяйственной деятельности будет различным. Поэтому принятие решения должно основываться на концепции экологического императива, согласно которой хозяйственную деятельность необходимо адаптировать к условиям биосферы.

Конференция в РИО (1992) выдвинула концепцию устойчивого развития, которая предполагает сбалансированное решение социально-экономических задач, с одной стороны, и сохранение благоприятного качества природной среды и ресурсного потенциала, с другой.

Следовательно, реализация модели устойчивого развития возможна при сопряжении экономики и экологии как сфер практической деятельности. Поиски наиболее эффективных механизмов (инструментов) регулирования противоречий между экономикой и экологией и является самой сложной задачей.

Особенно важно обеспечить стратегическое равновесие между структурой производства и интегральными возможностями региона, с одной стороны, и потенциальной экологической емкостью этой территории, с другой стороны.

На рис. 1 представлена разработанная нами структура* региональной концепции устойчивого развития, которая предлагается для обсуждения и совершенствования.

Здесь блок “Экономика” реализуется через механизмы обеспечения устойчивого развития, потенциальные возможности развития региона и должен тестироваться согласно процедуре социальной оценки, определяющей “качество жизни”.

В рассматриваемом контексте “качество жизни” - это мера взаимодействия между средой обитания и ее использованием, легкости или затруднительности удовлетворения человеческих потребностей. Потенциальные возможности развития территории - это прежде всего определение стратегических ресурсов: природных,

* При участии проф., д.б.н. Слепяна Э.И., д.э.н. Селина B.C., проф. Естренга В. (Норвегия).

Рис.1. Структура региональной концепции устойчивого развития техногенных провинции.

трудовых, энергетических, интеллектуальных, инфраструктурных. При этом используются оценки конкурентоспособности изготовляемого и планируемого к изготовлению конечного продукта на рынке.

Далее пересматривается существующая и планируемая структура производства и размещение производственных сил с целью приведения их в соответствие с наличием и качеством природных и трудовых ресурсов, со спецификой региона и основными направлениями его специализации в межрегиональном и международном разделении труда. Особое внимание здесь уделяется мероприятиям радикальному изменению технологий и техники производства, исходя из их экологической обоснованности.

Кроме того необходимо совершенствование социальных, правовых и экономических механизмов управления природопользованием, переход от запретных санкций к стимулированию рационального природопользования.

Основные показатели эффективности экономики тестируются согласно процедуре оценки техники и технологии по экономическим критериям,

Вполне определенно и то, что качество жизни зависит от соотношения социального и биологического в самом человеке. И поскольку социальные факторы, в отличие от многих биологических являются управляемыми (через экономику) именно в них заложены основные резервы улучшения здоровья человека. Таким образом, степень корреляции органического сочетания интересов экономического развития и охраны окружающей среды определяют уровень риска жизнедеятельности человека в целом, Блок “Экология” реализуется через механизмы устойчивого функционирования биосферы, экологическое обучение, воспитание и образование. Здесь главная задача -создание таких условий хозяйственной дея-

тельности, при которых достигается минимизация воздействия на окружающую среду, а также предусматривается рекультивация естественных ландшафтов и восстановление нарушенных экосистем.

Необходимо путем постепенного изменения инвестиционной политики увеличивать долю финансирования мер, направленных на предотвращение загрязнения окружающей среды по сравнению с компенсационными мероприятиями.

Экологическая ситуация в конкретном регионе должна тестироваться согласно процедуре оценки экологической безопасности, включая радиационную.

Далее следует многоуровневая структурная и функциональная система субблоков конкретных механизмов, которая и должна стать основой моделей оптимизации устойчивого развития социально-экономических и природных систем.

Среди многообразия подходов к решению экологической задачи наибольшее практическое развитие получили следующие три:

1. Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС), предполагаемой к реализации хозяйственной деятельности.

2. Поддержание функционирования природных экосистем.

3. Создание экологически обоснованных технологий.

1. Оценка воздействия на окружающую среду

Одним из признанных в развитых странах механизмов регулирования противоречий между экономикой и экологией является процедура оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС), которая является неотъемлемой частью любой экологической экспертизы.

ОВОС - это определение характера и степени опасности всех потенциальных видов воздействия на природную среду

предполагаемой к реализации хозяйственной деятельности и оценка экономических и других, связанных с ними, в том числе социальных и экономических последствий осуществляемого проекта.

ОВОС проводится с целью предотвращения деградации окружающей среды, восстановления нарушенных природных систем, обеспечения социально-экологоэкономической сбалансированности будущего хозяйственного развития, выработки мер, снижающих уровень экологической опасности намечаемой деятельности и должна предшествовать принятию решения об осуществлении того или иного проекта.

И ОВОС, и экологическая экспертиза ориентированы на снижение экологического риска при принятии решения (Секенджер, Калабин, 1994).

Экологическая экспертиза становится обязательным атрибутом и нашей жизни. Законом Российской Федерации от 23.11.95 г. закреплен важнейший принцип экологической экспертизы - “презумпция потенциальной экологической опасности любой намечаемой хозяйственной или иной деятельности”.

Наименее разработанным является региональный уровень ОВОС, особенно применительно к районам с экстремальными природными условиями, каковыми являются районы Крайнего Севера. В то же время научная обоснованность, объективность и законность заключений экологической экспертизы, помимо правовых положений (законодательных актов и нормативных документов), нуждаются в особых региональных подходах (региональных нормативах) к комплексной оценке воздействия на окружающую среду.

Методической основой этой концепции послужили следующие фундаментальные положения организации и развития биосферы (Вернадский, 1927, 1967, Танс-лей, 1935, Одум, 1986 и др.).

• Обеспечение экологически обоснованного и устойчивого развития территорий.

• Представление о возможности использования биологических ресурсов и живых сил природы на основе знаний о функционировании биосферы, с одной стороны, и об ограниченности ее резервов, лимитирующих возможности экстенсивного развития хозяйственной деятельности, с другой.

• Соблюдение экологического императива, согласно которому хозяйственная и иная деятельность должна адаптирбваться к условиям биосферы.

• Представление о возможности сохранения структурно-функциональной организации биосферы на основе создания новых технологий, характеризующихся высокими экологическими показателями и способствующих наиболее полному использованию природных ресурсов.

Реализация этой концепции осуществляется проведением комплекса последовательных процедур.

1. Эколого-экономическая оценка технического обоснования проекта

Тестирование технического обоснования проекта осуществляется путем сопоставления альтернативных технологий. В качестве критерия рекомендуется использование показателя энергоемкости конечного продукта. Величина этого показателя тесно связана с уровнем загрязнения окружающей среды: чем меньше этот показатель, тем меньше загрязнение. Предпочтение отдается технологиям, в которых предусмотрено освобождение продукта от загрязняющих веществ на начальных стадиях технологического процесса, а также замкнутость отдельных циклов. Это снизит стоимость и энергоемкость очистных сооружений.

2. Оценка качества окружающей среды:

2.1. Предварительная оценка

Метод предварительной экологической оценки основных секторов экономики проводится на основе удельного выброса загрязнителей в воздух и воду (кг) и удельного использования ресурсов (земля - м2, вода - м3) в пересчете на стоимость продукции (т) (Калабин, 1995).

В табл. 1 приведена экологическая оценка основных секторов экономики по мере уменьшения их опасности, начиная с сектора № 1 - производство энергии с использованием угля и мазута (шах) и, заканчивая сектором № 14 - коммунальные службы. Используя данные табл.1 можно, исходя из набора соответствующих секторов экономики, функционирующих на данный момент в конкретном регионе, оценить исходную экологическую ситуацию по суммирующему показателю (последняя колонка).

Одновременно дается предварительная оценка качества окружающей среды с помощью методов биоиндикации.

Следует отметить, что сегодня на международном уровне интенсивно ведется разработка вариантов системы как индикаторов и индексов для качественной оценки изменения состояния окружающей среды, так и показателей устойчивого развития.

2.2. Детальная оценка качества природной среды

Детальная оценка качества природной среды включает анализ природных особенностей территории региона.

Выявляется возможное негативное воздействие на окружающую среду, социальную сферу и эстетическую ценность ландшафтов при строительстве и эксплуатации проектируемого сооружения.

3. Эколого-социальная оценка технического обоснования проекта

Социальное тестирование осуществляется путем оценки соотношения “физического” и “воспринимаемого” качества природной среды. При этом реакция

населения рассматривается относительно воспринимаемого состояния среды (Крылов, 1995). В качестве показателя (коллективной) оценки воспринимаемого состояния среды рекомендуется использовать долю жителей, связывающих ухудшение своего здоровья с состоянием среды.

4. Определение предела возможностей функционирования (критических нагрузок) различных экосистем, связанных с существующей и планируемой хозяйственной деятельностью

Оценивается ущерб окружающей природной среде. В процессе рассмотрения нескольких возможных альтернатив проводится их экспертное сравнение по возможным объектам (категориям) ограничений.

Затем на основании этих категорий и перечня объектов ограничений составляется матрица ограничений, с помощью которой выбирается наилучший вариант.

5. Мониторинг окружающей природной среды

Формируется сеть мониторинговых объектов, позволяющая давать современные и прогнозные оценки состояния окружающей среды условно-фоновых и антропогенно-нарушенных территорий в процессе строительства и эксплуатации проектируемого объекта.

6. Минимизация нарушений, компенсации, восстановление окружающей природной среды

На стадии рабочего проектирования предлагается разработать правила и приемы ведения различных категорий работ при строительстве и эксплуатации проектируемого объекта, позволяющие минимизировать возможные нарушения природной среды и социальной сферы. Намечаются компенсационные мероприятия по снижению неблагоприятных последствий, обосновывается необходимость дальнейших исследований.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ СЕКТОРОВ ЭКОНОМИКИ

№№ п/п Сектор экономики Значимость сектора по удельному выбросу загрязнителей

Воздух Вода

80, N0* ПЫЛЬ сн4 биол. потреб 02 N р тверд. отходы земля М2/С1.пр вода м2/ст.пр

1. Производство электроэнергии (тепловое) 3 2 2 2 6 6 3 10 2 0 43

2. Сельское хозяйство 11 7 7 7 1 1 1 и 7 2 55

3. Металлургия 2 3 4 1 7 7 6 3 9 13 55

А. Химическое производство 5 5 6 3 3 3 2 6 13 и 57

5. Переработка угля и нефти 1 1 1 5 10 9 7 12 12 4 62

6. Переработка немет. сырья 4 6 5 4 9 8 9 2 5 12 64

7. Пищевая промышленность 7 8 8 9 4 4 5 9 11 5 70

8. Деревообрабатывающая промышленность 8 10 9 10 2 2 10 5 6 8 70

9. Транспорт 6 4 3 6 13 10 11 13 1 3 70

10. Общее машиностроение 9 9 И 8 12 12 8 1 4 9 83

11. Горная промышленность 10 11 10 11 5 5 4 4 10 14 84

12. Строительство 12 12 12 11 11 11 12 8 3 10 103

13. Утилизация отходов 13 13 13 13 8 13 13 7 8 6 107

14. Обслуживающий сектор 14 14 14 14 14 14 14 14 14 1 127

* - 1 - максимальное воздействие сектора экономики лля различных загрязнителей. х* -14 - минимальное воздействие сектора экономики для различных загрязнителей

Используя данный подход, Институт выполнил ряд работ по оценке воздействия на окружающую среду для нескольких крупных объектов на Кольском полуострове по заказу проектных Институтов Атомэнерго-проект (Санкт-Петербург) и Гипроспецгаз (Санкт-Петербург),

2. Поддержание функционирования природных экосистем

Наиболее эффективным механизмом обеспечения устойчивого развития является поддержание функционирования природных экосистем, создание и расширение охраняемых территорий, лесовосстановительные работы и др.

Анализ видового, структурного и функционального разнообразия лесных экосистем северной Фенноскандии, выполненный нашим Институтом в рамках международных проектов с финскими и норвежскими специалистами, позволил наметить пути рационального природопользования, мониторинга и восстановления нарушен ных экосистем.

В условиях постоянного загрязнения окружающей среды существование естественной растительности в импактной зоне невозможно без вмешательства человека. Для стабилизации природной обстановки необходимо решение по крайней мере двух актуальных проблем:

• рекультивация деградированных территорий в зоне “техногенной пустоши”;

• поддержание лесной растительности, нарушенной аэротехно генными выбросами в стабильном положении.

Повреждения лесов тесно связаны с нарушением их питания. При оптимальном питательном статусе увеличивается устойчивость деревьев даже к очень высоким дозам 502. Так называемый новый тип по-

вреждения лесов тесно связан с типичными симптомами недостатка отдельных или комплекса элементов питания и может проявляться в виде пожелтения хвои.

В условиях промышленного воздушного загрязнения доминирующие лесные растения на Кольском полуострове аккумулируют значительные количества 8, N1, Си, Ре, 14, Р, К, тогда как концентрации Са, М$, Мп, Ъъ снижаются (рис.2Б). Эти тенденции особенно явно проявляются в течение вегетационного периода в старой по возрасту хвое. В техногенных редколесьях (8-20 км от источника загрязнения) снижение концентраций элементов питания (Са, М§, К, Мп) в гумусовых горизонтах почв тесно связано с вытеснением этих катионов из почвенного поглощающего комплекса протонами (ионами водорода) и уменьшением количества опада (Никонов В В., Лукина Н.В., 1996).

Устранение дефицита этих элементов можно достичь внесением их в почву в виде быстро растворимых удобрений.

Применение удобрений, содержащих недостающие элементы питания, наиболее эффективно для регулирования питательного статуса в нарушенных и частично дефо-лиированных лесах (20-60 км до источника загрязнения). Применение удобрений позволяет оптимизировать питательный статус в еловых и сосновых лесах, подверженных промышленному воздушному загрязнению. Концентрации таких элементов питания, как Са, М& Мл в хвое ели увеличиваются до величин, характерных этим органам древесным растений в фоновых условиях (рис.2Б). Даже в непосредственной близости от комбината (8-10 км) могут быть достигнуты результаты, при которых возрастает число возрастных классов и интенсивность зеленой окраски хвои молодых деревьев сосны - 30-50 лет (рис. 2А).

А)

щий лес НИ« алеме нтов

Б)

Рис. 2 Эксперименты с коррекцией биогеохимиче-ского круговорота (А), концентрация элементов питания (Са, \{§, Мп) в хвое ели

(Б).

3. Создание экологически обоснованных технологий

Наиболее важным и первоочередным по исполнению механизмом достижения устойчивого развития, является создание экологически обоснованных техноло-

I

гий, что предусматривает, в первую очередь, внедрение во всех сферах хозяйства ресурсосберегающих и безотходных технологий. Это возможно только при условии резкого повышения эффективности производственных процессов за счет его структурной перестройки. Как этап реорганизации природопользования в существующих технологиях, где экономически нецелесообразно и технически сложно реализовать экологически чистые производства, необходимо добиваться исключения или уменьшения промышленных выбросов. Это предопределяет необходимость совершенствования производств и материалов для очистки промышленных выбросов. Здесь мы предлагаем широкое использование технических адсорбентов и адсорбционно-активных материалов (Зосин А.П., Приймак Т.И., 1991).

Вторая задача, разработать такую технологию природного сырья, которая бы включала иммобилизацию отходов и энергии путем размещения в природной среде, исключала взаимодействие с ней, и предотвращала получение новых экологически опасных компонентов - источников вторичного загрязнения. В нашем Институте разработана концепция устойчивого развития техногенных провинций на основе новых технологий с использованием твердеющих минеральных дисперсий (ТМД). Эта концепция предусматривает, во-первых, обезвреживание выбросов и стоков за счет связывания экологически опасных компонентов в совместимые с природной средой продукты и иммобилизацию их в литосфере с целью создания условий трансформации невостребованного сырья в

техническое сырье отсроченного использования. Второй этап - переход на низкопотенциальную гидрометаллургию природного сырья. Вполне очевидно, что для каждого вида полезного ископаемого необходимо разрабатывать свою схему переработки, предусматривающую синтез материалов на основе твердеющих минеральных дисперсий - ТМД из этого природного сырья и отходов его переработки.

На рис.З в качестве примера приведена схема переработки апатитонефелиновых руд АО “Апатит^’ (Мурманская область) с использованием ТМД материалов - гранулянтов и технологии выщелачивания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

После событий в РИО, понятие “устойчивое развитие” получило широкое распространение, и многими правительственными структурами воспринимается как универсальное средство решения глобальных экологических проблем.

Поэтому этот термин применяется не всегда корректно и часто служит в качестве внешнего оформления каких-либо программ (в том числе политических) или предложений. Исключением, с определенными оговорками, может служить, пожалуй, только многовековой опыт ведения хозяйства и уклад жизни коренных народов Севера на ограниченных территориях. Этот опыт, кстати, необходимо более детально изучать и дифференцированно использовать, адаптируя к конкретным условиям и территориям. Однако пока нам неизвестны примеры успешной реализации какой-либо программы устойчивого развития.

Поэтому программа устойчивого развития имеет серьезных оппонентов. По некоторым оценкам успех этого сценария развития оценивается не выше 20% (В.Зубаков, 1996) и рассматривается как промежуточное решение, которое может лишь оттянуть наступление коллапса. По

известному прогнозу этот период составляет 30-40 лет. Следует отметить, что автор оценивает оправданность такого прогноза весьма низким. Известна аналогичная ситуация, когда событие должно было произойти много лет тому назад (например, глобальное потепление климата за счет парникового эффекта), но не произошло сегодня и не прогнозируется в ближайшие годы. Дело в том, что в процессе развития антропогенной деятельности появляются новые обстоятельства, новые факторы, которые могут существенно уменьшить или увеличить те или иные эффекты в природной среде. Например, накопление диоксида серы, который, как известно, с одной стороны ослабляет парниковый эффект, но с другой стороны усугубляет процессы за-кисления экосистем. Поэтому и в случае с прогнозом времени поступления коллапса существуют аналогичные явления, о которых мы пока не знаем, а если и знаем, то не можем оценить количественно. Например, уменьшение выбросов в атмосферу “парниковых” газов (СО. СОг, N20, ХФУ (фреоны), 03) за счет внедрения экологически обоснованных технологий, замены исходного сырья, повышения эффективности очистных сооружений и т.д. Мы провели некоторый анализ этого процесса на основе теории развития катастроф. Исходя из того, что процесс размещения продуктов техногенеза в природной среде идет постоянно, воздействуя на биоту и среду обитания, наблюдается отклонение функционирования экосистем от нормального (рис.4). При переходе через критический уровень, когда та или иная экосистема исчерпает запас буферной емкости и утратит способность к самоочищению, начинается необратимый процесс деградации. Если принять за точку отсчета сегодняшнее время и следовать вышеупомянутому прогнозу о наступлении коллапса, можно показать, как будет развиваться процесс деградации.

Рис.З. Схема переработки апатито-нефелииовых руд АО Апатит с использованием ТМД материалов - грЬнулянтов и технологии выщелачивания.

ft)

Я)

*)

Рис. 4. Кривые изменения состояния биосферы для

различных сценариев устойчивого развития.

Мы выбрали оптимистичный (коллапс наступает только при 80% разрушении экосистем, рис.4а), пессимистичный (коллапс наступает при 30%, рис.4в) и промежуточный (50%) сценарии развития (рис.4б). При различной полноте реализации природоохранных мероприятий, процесс квазиустойчивого равновесия в природе можно продлить и сместить его, по крайней мере, за пределы продолжительности жизни одного поколения (70-80 лет), где могут появиться новые технологические и энергетические возможности для продолжения этой тенденции.

*»)

Рис.5. Кривые изменения состояния биосферы для различных сценариев устойчивого развития.

Если пустить процесс на “самотек” и ничего не предпринимать в ближайшие годы, то временные возможности сохранения равновесия в природе сократятся примерно в 1.5 раза (рис. 56), если к этому времени состояние биосферы ухудшится на 5% , при десятипроцентном ухудшении - в 2.5 раза (рис.5в).

Вот почему программы природоохранных мероприятий необходимо реализовывать как можно быстрее.

В заключение, позвольте привести обобщенные условия, при соблюдении которых можно обеспечить здоровье человека и природных экосистем:

• необходимо потреблять возобновляемые ресурсы в количествах, не превышающих их естественное воспроизводство;

• желательно потреблять не возобновляемые ресурсы только в замкнутых циклах, подчиненных естественному круговороту элементов в природе;

• объем загрязнений от антропогенной деятельности не должен превышать величины буферной емкости природных систем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вернадский В.И. Очерки геохимии. М,-Л., 1927, 368 с.

2. Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967, 348 с.

3. Tansley A.G. The use and abuse of vegetation concepts and terms/ Ecology, 1935, 16 pp.

4. Одум Ю. Экология. В 2-х тт. М.: Мир,

1986. 328, 376 с. -----

5. Sackinger W., Kalabin G. The use of the

En viro rime ntal Impact Ststement in the optimization of Development Projects in the North. The Chainging Circumpolar Norh: Opportunities for Academic

Development, Finland, 1994, pp.88-98.

6. Крылов М.И. Реакция населения городов России на современную экологическую ситуацию. II Изв. РАН, сер.географ., № 6, 1995, с.52-62.

7. Зубаков В. XXI век. Сценарии будущего: анализ последствий глобального экологического кризиса. Зеленый Мир, № 9, 1996.

8. Калабин Г.В. Введение в экологию и охрану окружающей среды в промышленно развитых

; регионах. В журнале: Горный -информационно-' аналитический бюллетень. Вып.1, М., 1995, с. 14-19.

/ 9. Никонов В В., Лукина Н.В. Биохимиче-

j с кие циклы в лесах Севера в условиях аэротехноген-кого загрязнения. В 2-х ч. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 1996, 213 и 192 с.

10, Зосин А.П., Приймак Т.И. и др. Адсорбционно-активные материалы для промышленной экологии. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 1991, 109с.

© Г.В. Калабин