Антропогенное загрязнение биосферы тяжелыми металлами и способы его предотвращения

В течение всего своего существования на Земле царь природы - человек -стремился облегчить и улучшить свое существование. Если представители животного мира живут по биологическим часам и, вероятно, не видят необходимости в изменении своего ритма жизни, то человеку все время чего-нибудь надо. И чем больше он всего придумывает, тем больше ему хочется попробовать чего-нибудь нового.

Электрическое освещение вошло в жизнь многих европейских городов в конце ХIХ века. Появившись сначала на улицах и площадях, оно очень скоро проникло в каждый дом, в каждую квартиру и сделалось неотъемлемой частью жизни каждого цивилизованного человека. Это было одно из важнейших событий в истории техники, имевшее огромные и многообразные последствия. [1] Бурное развитие электрического освещения привело к массовой электрификации, перевороту в энергетике и крупным сдвигам в промышленности. Однако всего этого могло и не случиться, если бы усилиями многих изобретателей не было создано такое обычное и привычное для нас устройство как электрическая лампочка. В числе величайших открытий человеческой истории ей, несомненно, принадлежит одно из самых почетных мест.

Однако, лампочки недолговечны. Выкидывая лампочку, теряются возобновляемые ресурсы: металл, стекло. Если посчитать, сколько использованных лампочек уходит в никуда - получатся, скорее всего, тонны растраченных природных ресурсов. Можно предположить - со стеклом проблем нет – окиси кремния на Земле в виде песка предостаточно, но месторождения металлов и других полезных ископаемых, имеют свойства истощаться. Кроме того, многие металлы и неметаллы, отнюдь не полезны для биосферы Земли, и человека в частности.

Но прогресс не стоит на месте. Совсем недавно, по историческим меркам, появляется новый вид освещения – люминесцентные лампы. Впервые явление свечения газов под воздействием электрического тока наблюдал еще Михаил Ломоносов, пропуская электрический ток через заполненный водородом стеклянный шар. На этом эффекте основано действие газоразрядных ламп. В течение многих последующих лет различными учеными во всем мире были произведены дополнения и усовершенствования сего чуда, и появилась на свет она - знакомая всем нам лампа дневного света. Она намного удобнее и эффективнее: свет от нее ближе к дневному, ровнее, ярче; энергопотребление ниже, срок службы может в 10 раз превышать срок службы лампы накаливания.

Первым предком лампы дневного света была лампа Генриха Гайсслера, который в 1856 году получил синее свечение от заполненной газом трубки, которая была возбуждена при помощи соленоида.

В 1893 году на всемирной выставке в Чикаго, штат Иллинойс, Томас Эдисон показал люминесцентное свечение.

В 1894 году М. Ф. Моор создал лампу, в которой использовал азот и углекислый газ, испускающий розово-белый свет. Эта лампа имела умеренный успех.

В 1901 Питер Купер Хьюитт демонстрировал ртутную лампу, которая испускала свет сине-зелёного цвета, и таким образом была непригодна в практических целях. Это было, однако, очень близко к современному дизайну, и имело намного более высокую эффективность, чем лампы Гайсслера и Эллинойса. [2]

Сейчас активно расширяется область применения этого чуда человеческой мысли. Сначала общественные места – школы, больницы, офисы, банки и т. д. Очень хороши эти лампы и для уличного освещения. Широкое применение нашли они в медицине и световой рекламе, плазменные дисплеи и жидкокристаллические экраны – тоже потомки и разновидности люминесцентных ламп.

Но раз растет спрос, значит, растет и производство. Чем большее распространение находят эти лампы, тем больше их перегорает и выходит из строя. Но выкинуть ее как догоревшую «лучинку» уже не получится. Вся беда в том, что все лампы дневного света содержат ртуть, ядовитое вещество 1 (!) класса опасности и другие химические вещества.

Например, согласно ГОСТ 6825-91 (МЭК 81-84). Лампы люминесцентные трубчатые для общего освещения ДРЛ 1000(6)-3 имеют состав [3]:

Поэтому было предложено несколько правил обращения с некоторыми опасными отходами. Например, цель «Директивы по утилизации электрического и электронного оборудования (WEEE)» [4] (к 2010 г была официально введена во всех 27 странах ЕС) является уменьшение или предотвращение образования вредных отходов с помощью утилизации и повторного использования материалов. WEEE накладывает на производителя ответственность за экологически правильную утилизацию изделий после окончания их срока службы, причем в стоимость изделий входят расходы, связанные со сбором, утилизацией и обработкой отслужившего свой срок электрического и электронного оборудования. Некоторые производители ламп, например, компания Philips, четко указывают в своих счетах на товар стоимость утилизации и переработки электронного и электрического лома, что составляет значительную часть общей стоимости изделия.

Но в России проблема утилизации этой продукции практически не решается. Пример - Орловская область. На её территории несколько частных предприятий перерабатывают отходы полиэтилена и полипропилена для вторичного использования на установках «Гранулятор» и аналогичных ей. На одном из них вторично используют макулатуру при изготовлении туалетной бумаги. Еще есть пиролизная установка, позволяющая из всех видов отходов путем термического разложения органических соединений без доступа воздуха получать на выходе различные виды топочного топлива (например, мазут).

Недавно в Орле появилась установка по демеркуризации ртутьсодержащих отходов «Экотром», в которой в условиях вибрации воздуха под давлением высасывается ртутьсодержащий отход (люминофор). После прохождения через систему фильтров и очистки из установки выходит чистый воздух. Соединения ртути с помощью специального демеркуризационного раствора на основе полисульфидов превращаются в практически нерастворимое соединение аналогичное тому, в котором ртуть находится в природе.

А в целом по России отсутствует налаженная система сбора и утилизации люминесцентных ламп, в результате чего ртутьсодержащие приборы освещения бесконтрольно выбрасываются. Большинство потребителей просто не знает о наличии в люминесцентной лампе ртути, так как это не указано на упаковке, а вместо «люминесцентная» написано «энергосберегающая». Основной деятельностью по обращению с опасными отходами у нас является сбор, подготовка, сортировка и передача на переработку в другие регионы. И это в лучшем случае и в мизерных количествах.

Сегодня технический прогресс предлагает новый тип ламп -светодиоды, которые, естественно, лучшевсех предыдущих во всех отношениях: и светят ярче, и электроэнергии потребляют меньше, и срок службы практически не ограничен и в них нет ядовитой ртути. Они имеют высокий КПД, широкий спектр цветов, любую форму. И, если до недавнего времени их применение ограничивалось лишь индикаторами и различными датчиками, то сегодня сфера их применения неуклонно расширяется. Это и осветительные приборы, включая прожекторы и автомобильные фары, это измерительное, а теперь уже и технологическое лазерное оборудование, это лампы подсветки мониторов и телевизоров и так далее и тому подобное… Светодиоды удобны в эксплуатации и технологичны в производстве.

Казалось бы, найдена панацея от всех светотехнических болезней, но, как уже было в истории науки и производства неоднократно, и здесь есть «подводные камни».

Давайте посмотрим на то, что входит в химический состав изделия с именем «светодиод». Основа, как и у любого диода, - полупроводник. В простейшем и самом безопасном случае это кремний, который абсолютно безопасен для нас и природы и запасы которого на Земле, опять же в виде песка, достаточно велики. Соединения типа карбида кремния тоже нам ничем не грозят. А вот широко используемые соединения галлия уже вызывают сомнения в своей безопасности. А уж легирующие добавки -вообще сплошные яды: свинец, мышьяк, фосфор, индий, цинк, селен, бор и другие. Кроме того, в некоторых светодиодах (например, белых) для преобразования спектра излучения, используются люминофоры различного химического состава, аналогичные по составу и назначению, используемым в люминесцентных лампах, описанных выше. Естественно, что все эти элементы используются в микроскопических количествах, и в большинстве своём защищены корпусом, однако, если умножить эту микродозу на растущий объём выпуска светодиодов, сумма вредных веществ начинает пугать.

Все время своего существования человечество двигалось по пути научнотехнического прогресса, используя все более совершенные технологии и создавая, соответственно, все новые и более изощренные отходы, причиняя подчас непоправимый вред окружающей среде. Богатство природы, ее способность поддерживать развитие общества и возможности самовосстановления оказались небезграничными. Цивилизация, используя биосферу и разрушая экосистемы, не предлагает, по сути, никаких восстановительных механизмов. Вот над этим и начала задумываться мировая общественность во второй половине 20 века, когда пришло понимание, что возможности нашей планеты не безграничны. Однако тогда мало кто представлял себе, что в недалеком будущем человечество столкнется с такими серьезными глобальными проблемами, как кислотные осадки, истощение озонового слоя и климатические изменения. Тогда решение проблем охраны окружающей среды еще не увязывалось тесно с социально-экономическим развитием. Позднее была сформулирована концепция устойчивого развития, основной идеей которой является понятие о том, что нынешние поколения должны удовлетворять свои потребности, не лишая будущие поколения возможности удовлетворять собственные нужды. Устойчивое развитие относится к категории понятий, отражающих идею, которую можно сформулировать в общих чертах, но нельзя описать точными количественными категориями.

В концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию, (1996 г) [5] говорится: «Переход к устойчивому развитию предполагает постепенное восстановление естественных экосистем до уровня, гарантирующего стабильность окружающей среды. Этого можно достичь только усилиями всего человечества, но начинать движение к данной цели каждая страна должна самостоятельно».

Таким образом, решение вопросов утилизации вредных отходов и их вторичного использования непосредственно связано с восстановлением стабильности окружающей среды и качеством жизни не только наших потомков, но и нашей планеты. Причем не только тех отходов, которые мы вырабатываем сегодня, но и тех, что не были обезврежены и утилизированы вчера. И тех, которые возникнут завтра.