Введение
Источники химического загрязнения
Энергетические объекты - источники самых больших объемов химического загрязнения
Транспорт как источник химического загрязнения
Химическая ромышленность как источник загрязнения
Влияние на экосистему
6. Борьба с потерями при транспортировке (предотвращение аварий газо- и нефтепроводов).
Борьба с загрязнением воды
Утилизация отходов.
Заключение
Развитие современной промышленности и сферы услуг, а также расширяющееся использование биосферы и ее ресурсов, приводит к возрастающему вмешательству человека в материальные процессы, протекающие на планете. Связанные с этим планируемые и осознанные изменения материального состава (качества) окружающей среды направлены на улучшение условий жизни человека в техническом и социально-экономическом аспектах. В последние десятилетия в процессе развития технологии была оставлена без внимания опасность непреднамеренных побочных воздействий на человека, живую и неживую природу. Это можно, пожалуй, объяснить тем, что ранее считали, что природа обладает неограниченной способностью компенсировать воздействие человека, хотя уже столетия известны необратимые изменения окружающей среды, например, вырубки лесов с последующей эрозией почвы. Сегодня нельзя исключать непредвиденные воздействия на легко ранимые области экосферы в результате активной деятельности человека.
Человек создал для себя среду обитания, заполненную синтетическими веществами. Их воздействие на человека, другие организмы и окружающую среду зачастую неизвестно и выявляется часто, когда уже нанесен ощутимый ущерб или при чрезвычайных обстоятельствах, например, вдруг выясняется, что при горении вполне нейтральное вещество или материал образует ядовитые соединения.
Новые напитки, косметические средства, пищевые продукты, лекарства, предметы обихода, ежедневно предлагаемые рекламой, обязательно включают в себя химические компоненты, синтезируемые человеком. О степени незнания токсичности всех этих веществ можно судить по данным табл. 1.
В книге “Экологические проблемы” ( стр. 36) приводятся следующие факты:
“ В массовых масштабах сейчас производится около 5 тыс. Веществ, а в масштабах более 500 т / год - около 13 тыс. веществ. Число веществ, предлагаемых на рынке в заметных масштабах, с 50 тыс. наименований в 1980 г. Возросло до 100 тысяч наименований в настоящее время. Из 1338 веществ, производимых в больших масштабах в странах Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), только для 147 имеются некоторые данные об их опасности или безопасности (Лосев, 1989; TheWord…, 1992). По данным (Медоуз…, 1994), из 65 тысяч химических веществ, находящихся в коммерческом обороте, менее 1 % имеют токсикологические характеристики.”
Хотя для исследования воздействия химических веществ необходимы огромные затраты: для получения характеристики одного вещества требуется 64 месяца и 575 тыс. долларов, а изучение хронической токсичности и канцерогенности требует дополнительно 1,3 млн. долларов ( стр. 36); работа в этой области ведется не малая.
В настоящее время по целому ряду причин остаются нерешенными проблемы по оценке токсичности химических продуктов для человека, и в большей степени по отношению к окружающей среде. Исчерпывающее исследование
| Объем имеющейся информации | Промышленные химические продукты с объемом производства >500 т/год½<500 т/год½ Объем неизв | Добавки к продуктам питания | Лекарства физиол. активного в-ва | Косметические составляющие | Пестициды, инертные добавки | |||
| Полная, % | 0 | 0 | 0 | 5 | 18 | 2 | 10 | |
| Неполная, % | 11 | 12 | 10 | 14 | 18 | 14 | 24 | |
| Мало информации, % | 11 | 12 | 8 | 1 | 3 | 10 | 2 | |
| Очень мало информации, % | 0 | 0 | 0 | 34 | 36 | 18 | 26 | |
| Никакой информации, % | 78 | 76 | 82 | 46 | 25 | 56 | 38 | |
| 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | ||
| Количество исследований химических продуктов | 12860 | 13911 | 21752 | 8627 | 1815 | 3410 | 3350 | |
воздействий веществ может быть реализовано только после того, как будет получена полная информация об экспозиции (действующей дозе) каждого химического вещества.
В процессе своей хозяйственной деятельности человек производит различные вещества. Все производимые вещества с использованием как возобновимых, так и невозобновимых ресурсов можно разделить на четыре типа:
* исходные вещества (сырье);
* промежуточные вещества (возникающие или используемые в процессе производства);
* конечный продукт;
* побочный продукт (отход).
Отходы возникают на всех стадиях получения конечного продукта, а любой конечный продукт после потребления или использования становится отходам, поэтому конечный продукт можно назвать отложенным отходом. Все отходы попадают в окружающую среду и включаются в биогеохимический круговорот веществ в биосфере. Многие химические продукты включаются человеком в биогеохимический круговорот в масштабах на много превышающих естественный круговорот. Некоторые вещества, направляемые человеком в окружающую среду, раньше отсутствовали в биосфере (например, хлорфторуглероды, плутоний, пластмассы и др.), поэтому естественные процессы достаточно долго не справляются с этими веществами. Следствием является огромный вред наносимый организмам.
Таблица 2 . Источники эмиссии (выделения) вредных веществ (%) в 1986 г. И прогноз на 1998 г. (на примере ФРГ).
| SO 2 | NO x (NO 2) | Co | Пыль | Летучие органические соединения | ||||||
| Отрасль (сектор народного хозяйства) | 1996 | 1998 | 1996 | 1998 | 1996 | 1998 | 1996 | 1998 | 1996 | 1998 |
| Всего | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Процессы |
4,3 | 7,9 | 0,8 | 0,4 | 11,9 | 15,0 | 57,7 | 59,1 | 4,6 | 7,0 |
Потребление энергии |
95,7 | 92,1 | 99,2 | 99,6 | 88,1 | 85,0 | 42,3 | 40,9 | 56,4 | 60,4 |
| · транспорт, кроме городского а) | 1,8 | 3,3 | 8,3 | 10,6 | 3,2 | 3,4 | 3,1 | 2,7 | 3,0 | 3,9 |
· городской транспорт |
2,8 | 7,5 | 52,4 | 64,0 | 70,7 | 63,6 | 10,3 | 12,9 | 48,5 | 49,9 |
· домашнее хозяйство |
5,8 | 9,6 | 3,1 | 3,5 | 9,0 | 10,5 | 6,7 | 6,1 | 3,0 | 3,7 |
· малые потребители б) |
4,4 | 6,4 | 1,7 | ,1,8 | 1,5 | 2,0 | 1,6 | 1,3 | 0,5 | 0,7 |
| · перерабатывающие предприятия и рудники в) | 12,6 | 14,7 | 7,1 | 7,0 | 2,9 | 4,3 | 4,1 | 4,6 | 0,8 | 1,1 |
| · остальные перерабатывающие отрасли в),г) | 5,7 | 14,5 | 2,0 | 2,1 | 0,3 | 0,5 | 0,9 | 1,3 | 0,1 | 0,3 |
| · электро- и теплостанции д) | 62,6 | 36,1 | 24,6 | 10,6 | 0,5 | 0,7 | 15,6 | 12,0 | 0,5 | 0,8 |
а) Строительство, сельское и лесное хозяйство, военный, рельсовый и водный транспорт, воздушные сообщения.
б) Включая армейские службы.
в) Промышленность: остальные области переработки, предприятия и горное дело, процессы (только промышленные).
г) Нефтеперегонные заводы, коксовые батареи, брикетирование.
д) Для промышленных электростанций только производство энергии.
Из табл. 2 ( стр. 109) видно, что самое большое количество отходов связанно с производством энергии, на потреблении которой основана вся
Таблица 3. Выбросы в атмосферу электростанцией мощностью 1000МВт в год (в тоннах).
хозяйственная деятельность. Вследствие сжигания ископаемого топлива в целях получения энергии в атмосферу сейчас идет мощный поток восстановительных газов. В табл. 3 ( стр. 38) приведены данные о выбросах разных газов в результате сжигания различных видов ископаемого топлива. За 20 лет, с 1970 по 1990 год в мире было сожжено 450 млрд. баррелей нефти, 90 млрд. т угля, 11трлн. куб. м газа ( стр. 38).
Загрязнения и отходы энергетических объектов разделяются на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой - региональные и локальные. Глобальные загрязнители поступают в атмосферу, и за счет их том
Таблица 4 . Изменение концентрации некоторых газовых состовляющих в атмосфере.
числе парниковых газов (табл. 4, см. , стр. 40). Из этой таблицы видно, что в накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в атмосфере появились газы, которые раньше в ней практически отсутствовали -хлорфторуглероды. Последствия накопления глобальных загрязнителей в атмосфере это:
* парниковый эффект;
* разрушение озонового слоя;
* кислотные осадки.
Второе место по загрязнению окружающей среды занимает транспорт, особенно автомобильный. В 1992 г. Автомобильный парк мира составлял 600 миллионов единиц и при сохранении тенденции роста к 2015 г. Может достигнуть 1,5 млрд. единиц ( стр. 41). Сжигание автотранспортом ископаемого топлива повышает концентрации CO,NO x ,CO 2 , углеводородов, тяжелых металлов и твердых частиц в атмосфере, он же дает твердые отходы (покрышки и сам автомобиль после выхода из строя) и жидкие (отработанные масла, мойка и т. д.). На долю автомобилей приходится 25 % сжигаемого топлива. За время эксплуатации, равное 6 годам, один усредненный автомобиль выбрасывает в атмосферу: 9 т CO 2 , 0,9 т CO, 0,25 т NO x и 80 кг углеводородов.
Конечно, по сравнению с энергетикой и транспортом глобальное загрязнение посредством химической промышленности невелико, но это тоже достаточно ощутимое локальное воздействие. Большинство органических полупродуктов и конечная продукция, применяемая или производимая в отраслях химической промышленности, изготавливается из ограниченного числа основных продуктов нефтехимии. При переработке сырой нефти или природного газа на различных стадиях процесса, например, перегонке, каталитическом крекинге, удалении серы и алкилировании, возникают как газообразные, так и растворенные в воде и сбрасываемые в канализацию отходы. К ним относятся остатки и отходы технологических процессов, не поддающиеся дальнейшей переработке.
Газообразные выбросы установок перегонки и крекинга при переработке нефти в основном содержат углеводороды, моноксид углерода, сероводород, аммиак и оксиды азота. Та часть этих веществ, которую удается собрать в газоуловителях перед выходом в атмосферу, сжигается в факелах, в результате чего появляются продукты сгорания углеводородов, моноксид углерода, оксиды азота и диоксид серы. При сжигании кислотных продуктов алкилирования образуется фтороводород, поступающий в атмосферу. Также имеют место неконтролируемые эмиссии, вызванные различными утечками, недостатками в обслуживании оборудования, нарушениями технологического процесса, авариями, а также испарением газообразных веществ из технологической системы водоснабжения и из сточных вод.
Из всех видов химических производств наибольшее загрязнение дают те, где изготавливаются или используются лаки и краски. Это связано с тем, что лаки и краски часто изготавливают на основе алкидных и иных полимерных материалов, а также нитролаков, обычно они содержат большой процент растворителя. Выбросы антропогенных органических веществ в производствах, связанных с применением лаков и красок составляет 350 тыс. т в год, остальные производства химической промышленности в целом выделяют 170 тыс. т год (, стр. 147).
Рассмотрим более подробно воздействие химических веществ на окружающую среду. Исследованием влияния антропогенных химических веществ на биологические объекты окружающей среды занимается экотоксикология. Задачей экотоксикологии является изучение воздействия химических факторов на виды, живые сообщества, абиотические составляющие экосистем и на их функции.
Под вредным воздействием, наносимым соответствующей системе, в экотоксикологии понимают:
· явственные изменения обычных колебаний численности популяции;
· долгосрочные или необратимые изменения состояния экосистемы.
Любое воздействие начинается с токсического порога, ниже которого не обнаруживается влияние вещества (NOEC - концентрация, ниже, которой не наблюдается воздействие). Ему отвечает понятие экспериментально определяемого порога концентрации (LOEC - минимальная концентрация, при которой наблюдается влияние вещества). Применяется также третий параметр: MATC- максимально допустимая концентрация вредного вещества (в России принят термин ПДК - “предельно допустимая концентрация”). ПДК находят расчетом, и ее значение должно находиться между NOEC и LOEC. Определение этой величины облегчает оценку риска воздействия соответствующих веществ на чувствительные к ним организмы ( стр. 188).
Химические вещества в зависимости от свойств и строения воздействуют на организмы по разному.
Молекулярно-биологические воздействия.
Многие химические вещества взаимодействуют с ферментами организма, изменяя их структуру. Так как ферменты катализируют тысячи химических реакций, становится понятным, почему любое изменение их структуры глубоко влияет на их специфичность и регуляторные свойства.
Пример: цианиды блокируют фермент дыхания - цитохром-с-оксидазу; катионы Са 2+ тормозят активность рибофлавинкитазы, которая является переносчиком фосфата на рибофлавин в клетках животных.
Нарушения обмена веществ и регуляторных процессов в клетке.
Метаболизм клеток может быть нарушен под действием химических веществ. Реагируя с гормонами и другими регуляторными системами, химические вещества вызывают неконтролируемые превращения, изменяют генетический код.
Пример: нарушение реакций окислительного расщепления углеводов, вызываемое токсичными металлами, особенно соединениями меди и мышьяка; пентахлорфенол (ПХФ), триэтилсвинец, триэтилцинк и 2,4-динитрофенол разрывают цепь химических процессов дыхания на стадии реакции окислительного фосфорилирования; лидан, соединения кобальта и селена нарушают процесс расщепления жирных кислот; Хлорорганические пестициды и полихлорированные бифенилы (ПХБФ) вызывают нарушения работы щитовидной железы.
Мутагенное и канцерогенное воздействие.
Такие вещества как ДДТ, ПХБФ и полиароматические углеводороды (ПАУ) потенциально обладают мутагенным и канцерогенным воздействием. Их опасное воздействие на человека и животных проявляется в результате длительного контакта с этими веществами, содержащимися в воздухе и пищевых продуктах. По данным, полученным на основе экспериментов с животными, канцерогенное действие осуществляется в результате двухступенчатого механизма:
4.Воздействие на поведение организмов.
Таблица 5. Примеры инициаторов и промоторов канцерогенеза ( стр. 194).
| Инициаторы | Промоторы | ||
| Химические соединения | Биологические свойства | Химические соединения | Биологические свойства |
| ПАУ (поликонденсированные ароматические углеводороды), нитрозоамины | Канцерогенный | Кротоновое масло | Сам по себе не канцерогенный |
| N-нитрозо-N-нитро-N-метилгуанидин | Эксопозиция перед воздействием промотора | Фенобарбитал | Действие проявляется после появления инициатора |
Диметилнитрозамин Диэтилнитрозамин |
Достаточно однократного введения | ДДТ, ПХБФ ТХДД (тетрахлордибензодиоксин) |
Необходимо длительное воздействие |
| N-нитрозо-N-метилмочевина | Влияние необратимо и аддитивно | Хлороформ | Вначале действие обратимо и не аддитивно |
| Уретан | Не существует пороговой концентрации | Сахарин (под вопросом) | Пороговая концентрация, вероятно зависит от времени воздействия дозы |
| 1,2-Диметилгидразин | Мутагенное действие | Цикламат | Мутагенное действие отсутствует |
Введение вещества Порог воздействия |
|||
| немедленно - несколько суток |
Нарушения поведения (неврологические и эндокринные, химотаксис, фотогеотаксис, равновесие / ориентировка, бегство, мотивация / способность к обучению) |
Биохимические реакции (ферментная и метаболическая активность, синтез аминокислот и стероидных гормонов, мембранные изменения, мутации ДНК) ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ |
|
|
Физиологические (потребление кислорода, осмотическая и ионная регуляция, переваривание и экскреция пищи, фотосинтез, фиксация азота) |
Морфологические изменения (изменения клеток и тканей, образование опухолей, анатомические изменения) |
||
| часы - недели |
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ |
||
| сутки - месяцы | Изменение индивидуального жизненного цикла (эмбриональное развитие, скорость роста, репродукция, способность к регенерации) |
||
| месяцы - годы | Популяционные изменения (снижение числа особей, изменения возрастной структуры, изменение генетического материала) |
||
| месяцы - десятилетия | Экологические последствия (динамические изменения биоценозов / экосистем, их структуры и функции) |
||
Рис. 1. Воздействия на биологические системы по мере их усложнения ( стр. 201).
· “генотоксической инициации”,
· “эпигенетического промотирования”.
Инициаторы в процессе взаимодействия с ДНК вызывают необратимые соматические мутации, причем достаточно очень малой дозы инициатора, предполагают, что для этого воздействия не существует пороговых значений концентрации, ниже которых оно не проявляется.
Направленное уничтожение отдельных видов растений и животных.
Пример : альдегидные, фунгицидные, акарицидные, гербицидные, инсектицидные мероприятия, в особенности в урбанизированных экосистемах
Широко распространившееся уменьшение видового разнообразия организмов.
Пример: использование пестицидов и удобрений в аграрных экосистемах.
Массированные загрязнения.
Пример: загрязнение побережья и экстуарриев рек нефтью при авариях танкеров.
Постоянное загрязнение биотопов
Пример : эвторификация рек и озер в результате попадания в них значительных количеств растворенных и связанных соединений азота и фосфора.
Глубокие изменения биотопа
Пример : засоление пресноводных биотопов; “современное ухудшение состояния лесов.
Полное разрушение экосистемы в результате выпадения целостной интактной структуры (биотопа) и ее функций (биоценоза).
Пример : уничтожение мангровых лесов в результате применения гербицидов в качестве химического оружия во Вьетнамской войне.
Рис.2. Схема возможных последствий воздействия химических продуктов на экосистемы.
Промоторы усиливают действие инициатора, а их собственное воздействие на
организм в течение некоторого времени является обратимым.
Аддитивное воздействие - суммирование (сложение) отдельных воздействий.
В табл.5 приведены некоторые инициаторы и промоторы и их свойства.
Нарушение поведения организмов является следствием суммарного воздействия на биологические и физиологические процессы.
Пример: Было установлено, что для явного изменения поведения, обусловленного воздействием химических препаратов, достаточно значительно меньших концентраций, чем ЛД 50 (летальная доза при смертности 50 %).
Разные организмы обладают различной чувствительностью к химическим веществам, поэтому время проявления тех или иных действий химических веществ для различных биосистем различно (см. Рис. 1).
Под действием химических веществ изменяются следующие параметры экосистемы:
* плотность популяции;
* доминантная структура;
* видовое разнообразие;
* изобилие биомассы;
* пространственное распределение организмов;
* репродуктивные функции.
Возможные последствия и формы вредного воздействия химических веществ на экосистему можно классифицировать в соответствии с рис. 2 ( стр. 184).
Для минимизации риска использования химических продуктов в соответствии с уровнем наших знаний этой проблемы в странах ЕС в 1982 г. Был введен в действие так называемый “Закон о химических продуктах”. В процессе проверки его исполнения в течение нескольких лет проводились мероприятия по оптимизации технологий, биологических и физико-химических испытаний, а также по уточнению терминологии, стандартных веществ и методов отбора проб. Химический закон устанавливает правила допуска на рынок всех новых химических продуктов.
Для сокращения и уменьшения выбросов химических веществ на промышленных предприятиях необходимо проводить следующие меры:
Рассмотрим более подробно два последних пункта.
Понимание необходимости регулируемого водоснабжения и обезвреживания сточных вод возникло очень давно. Еще в Древнем Риме строили акведуки для снабжения свежей водой и “Cloacamaxima” - канализационную сеть. бассейна отстойника и тем самым предотвращение засорения канализации и образования продуктов гниения (“дортмундские колодцы” и “ эмские колодцы”).
Другим методом обезвреживания сточных вод была их очистка с помощью полей орошения, т. е. спуск сточных вод на специально подготовленные поля. При Однако лишь в середине прошлого столетия начались разработка методов очистки сточных вод и систематическое строительство канализационных сетей в городах.
Сначала были созданы установки механической очистки. Сущность этой очистки заключалась в осаждении находящихся в сточных водах твердых частиц на дно просачивании через песчаный грунт сточные воды отфильтровывались и осветлялись. И только после открытия в 1914 г. Биологического (живого) ила
Таблица 6 . Физико-химическая очистка сточных вод ( стр. 153).
Таблица 7 . Предельные значения концентрации загрязняющих веществ в сточных водах нефтеперегонных заводов, направляемых на биологическую очистку ( стр.144).
Таблица 8 . Усредненные характеристики просачивающихся вод из хранилищ (свалок) городского бытового мусора (через 6-8 лет после закладки на хранение) ( стр.165).
| Значение pH | 6,5 - 9,0 |
| Сухой остаток | 20000 мл / л |
| Нерастворимые вещества | 2000 мг / л |
| Электрическая проводимость (20 о С) | 20000 мкСм / см |
| Неорганические компоненты | |
| Соединения щелочных и щелочноземельных металлов (в расчете на металл) | 8000 мг / л |
| Соединения тяжелых металлов (в расчете на металл) | 10 мг / л |
| Соединения железа (общее Fe) | 1000 мг / л |
| NH 4 | 1000 мг / л |
| SO 2- | 1500 мг / л |
| HCO 3 | 10000 мг / л |
| Органические компоненты | |
| БПК (биохимическое потребление кислорода за 5 суток) | 4000 мг / л |
| ХПК (химическое потребление кислорода) | 6000 мг / л |
| Фенол | 50 мг / л |
| Детергент | 50 мг / л |
| Вещества, экстрагируемые метиленхлоридом | 600 мг / л |
| Органические кислоты отгоняемые водяным паром (в расчете на уксусную кислоту) | 1000 мг / л |
появилась возможность разработки современных технологий очистки сточных вод, включающих в себя возврат (рецикл) биологического ила в новую порцию сточных вод и одновременную аэрацию суспензии. Все методы очистки сточных вод, разработанные в последующие годы и до настоящего времени, не содержат никаких существенно новых решений, а лишь оптимизируют разработанный ранее метод, ограничиваясь различными комбинациями известных стадий технологического процесса. Исключение составляют физико-химические методы очистки, в которых используются физические методы и химические реакции, специально подобранные для удаления веществ, содержащихся в сточных водах (табл. 6).
Сточные воды предприятий (например, нефтеперерабатывающих) вначале подвергаются физико-химической очистке, а затем биологической. Содержание вредных веществ в сточных водах, поступающих на биологическую очистку не должно превышать определенных значений (табл. 7).
При разработке совместимой с окружающей средой системы переработки отходов ставятся следующие (по порядку важности) главные задачи:
Виды утилизации отходов:
* складирование;
* сжигание;
* компостирование (неприменим для отходов, содержащих токсичные вещества);
* пиролиз.
Таблица 9 . Эмиссия вредных веществ из установок сжигания мусора (мг / л) ( стр.158).
Таблица 10 . Среднее содержание металлов в пылеобразных частицах дыма мусоросжигательной печи (10 проб, среднее содержание пыли в отходящих топочных газах 88 мг / м 3) ( стр.159).
Таблица 11. Различия между термолизом и пиролизом органических отходов ( стр.171).
| Сжигание отходов | Пиролиз отходов |
| Обязательна высокая температура | Достаточно относительно небольшая температура (450 о С) |
| Необходим избыток воздуха (соотв. кислорода) | Отсутствие кислорода (соотв. воздуха) |
| Поступление тепла непосредственно за счет выделяющейся теплоты реакции | Поступление тепла большей частью через теплообменники |
| Окислительные условия, окисляются металлы | Восстановительные условия, металлы не окисляются |
| Основные продукты реакции: CO 2 , H 2 O, зола, шлаки | Основные продукты реакции: Н 2 , С n Н m , СО, твердые углеродные остатки |
| Газообразные вредные вещества: SO2, SO 3 , NO x , HCl, HF, тяжелые металлы, пыль | Газообразные вредные вещества: H 2 S, HCN, NH 3 , HCl, HF, фенолы, смолы, Hg, пыль |
| Большие объемы газа (доля воздуха) | Малые объемы газов |
| Зола спекается в шлак, уход влаги | Отсутствие процессов сплавления и спекания, уход влаги |
| Предварительное измельчение и равномерность дробления не являются необходимыми, но благоприятны | Предварительное измельчение и равномерность дробления необходимы |
| Жидкие и пастообразные отходы, как правило, не подлежат обработке | Жидкие и пастообразные отходы в принципе обрабатываются |
| Экономичность производства достигается при числе жителей около 1 млн | Экономичность производства, вероятно, обеспечивается при числе жителей около миллиона |
Наиболее распространено сейчас складирование отходов. Примерно 2 / 3 всех отходов бытового и производственного происхождения и 90 % инертных отходов складируют в хранилищах - свалках. Такие хранилища занимают большие площади, являются источниками шума, пыли и газов, образующихся в результате химических и анаэробных биологических реакций в толще, а также источниками загрязнения грунтовых вод в результате образования на открытых свалка просачивающихся вод (табл. 8).
Отсюда следует, что складирование отходов не может являться удовлетворительным методом их утилизации, и необходимо использовать другие методы.
В настоящее время сжигается до 50 % всех отходах в развитых странах. Преимущества метода сжигания состоят в существенном уменьшении объема отходов и действенном разрушении горючих материалов, включая органических соединений. Остатки от сжигания - шлаки и зола - составляют лишь 10 % первоначального объема и 30 % от массы сжигаемых материалов. Но при неполном сгорании в окружающую среду могут попадать многочисленные вредные вещества (табл. 9 и 10). Для снижения эмиссии органических веществ необходимо использовать устройства для очистки дымов.
Пиролизом называют разложение химических соединений при высоких температурах в отсутствие кислорода, вследствие чего становится невозможным их горение. В табл. 11 показаны различия в процессах сжигания (термолиза) и пиролиза отходов на основе сравнения этих двух методов. Хотя пиролиз имеет много достоинств, он обладает и существенными недостатками: сточные воды, поступающие из установок для пиролиза, сильно загрязнены органическими веществами) фенолы, хлорированные углеводороды и др.), а из отвалов твердых остатков пиролиза (пиролизного кокса) под действием дождей происходит вымывание вредных веществ; в твердых продуктах пиролиза, кроме того, найдены высокие концентрации поликонденсированных и хлорированных углеводородов. В связи с этим пиролиз нельзя считать экологически безопасным методом переработки отходов.
Человек в процессе своей деятельности производит огромное количество химических веществ, которые негативно воздействуют на окружающую среду. Но в данный момент он не имеет такой технологии, которая бы делала бы деятельность человека абсолютно безотходной.
Итак, мною были рассмотрены некоторые аспекты химического загрязнения окружающей среды. Это далеко не все аспекты этой огромной проблемы и только малая часть возможностей решения ее. Чтобы полностью не разрушить место своего обитания и обитания всех остальных форм жизни, человеку необходимо очень бережно относится к окружающей среде. А это значит необходим строгий контроль прямого и косвенного производства химических веществ, всестороннее изучение этой проблемы, объективная оценка влияния химических продуктов на окружающую среду, изыскание и применение методов минимизации вредного воздействия химических веществ на окружающую среду.
1. Экологическая химия: Пер. с нем. / Под ред. Ф. Корте. - М.: Мир, 1996. - 396 с., ил.
2. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать?: Учебное пособие / Под ред. Проф. В. И. Данилова - Даниляна. - М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. - 332 с.
3. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2-х т. Т. 1,2. Пер. с англ.- М.: Мир, 1993. - с., ил.
4. Ревель П., Ревель Ч. Среда нашего обитания: В 4-х книгах. Кн. 2. Загрязнения воды и воздуха: Пер с англ. - М.: Мир, 1995. - с., ил.
Химическое загрязнение среды промышленностью
План:
1. Вступление
2. Химическое загрязнение атмосферы
а) Основные загрязняющие вещества
б) Аэрозольное загрязнение
в) Фотохимический туман (смог)
г) Контроль за выбросами загрязнений
в атмосферу (ПДК)
3. Химическое загрязнение природных вод
а) Неорганическое загрязнение
б) Органическое загрязнение
4. Загрязнение Мирового океана
а) Нефть
б) Пестициды
в) СПАВ
г) Канцерогены
д) Тяжелые металлы
е) Сброс отходов в море (дампинг)
ж) Тепловое загрязнение
5. Загрязнение почвы
а) Пестициды, как загрязняющий фактор
б) Кислотные дожди
6. Заключение
1. Вступление
На всех стадиях своего развития человек был
тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как
появилось высокоиндустриальное общество,
опасное вмешательство человека в природу резко
усилилось, расширился объём этого вмешательства,
оно стало многообразнее и сейчас грозит стать
глобальной опасностью для человечества. Расход
невозобновимых видов сырья повышается, все
больше пахотных земель выбывает из экономики,
так на них строятся города и заводы. Человеку
приходится все больше вмешиваться в хозяйство
биосферы - той части нашей планеты, в которой
существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее
время подвергается нарастающему антропогенному
воздействию. При этом можно выделить несколько
наиболее существенных процессов, любой из
которых не улучшает экологическую ситуацию на
планете.
Наиболее масштабным и значительным является
химическое загрязнение среды несвойственными ей
веществами химической природы. Среди них -
газообразные и аэрозольные загрязнители
промышленно-бытового происхождения.
Прогрессирует и накопление углекислого газа в
атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса
будет усиливать нежелательную тенденцию в
сторону повышения среднегодовой температуры на
планете. Вызывает тревогу у экологов и
продолжающееся загрязнение Мирового океана
нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его
общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких
размеров может вызвать существенные нарушения
газо- и водообмена между гидросферой и
атмосферой. Не вызывает сомнений и значение
химического загрязнения почвы пестицидами и ее
повышенная кислотность, ведущая к распаду
экосистемы. В целом все рассмотренные факторы,
которым можно приписать загрязняющий эффект,
оказывают заметное влияние на процессы,
происходящие в биосфере.
2. Химическое загрязнение биосферы.
Свой реферат я начну с обзора тех факторов,
которые приводят к ухудшению состояния одной из
важнейших составляющих биосферы - атмосферы.
Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями,
однако последствия употребления огня, которым он
пользовался весь этот период, были
незначительны. Приходилось мириться с тем, что
дым мешал дыханию и что сажа ложилась черным
покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое
тепло было для человека важнее, чем чистый воздух
и незаконченные стены пещеры. Это начальное
загрязнение воздуха не представляло проблемы,
ибо люди обитали тогда небольшими группами,
занимая неизмерно обширную нетронутую природную
среду. И даже значительное сосредоточение людей
на сравнительно небольшой территории, как это
было в классической древности, не сопровождалось
еще серьезными последствиями.
Так было вплоть до начала девятнадцатого века.
Лишь за последние сто лет развитие
промышленности "одарило" нас такими
производственными процессами, последствия
которых вначале человек еще не мог себе
представить. Возникли города-миллионеры, рост
которых остановить нельзя. Все это результат
великих изобретений и завоеваний человека.
Основные загрязняющие вещества.
В основном существуют три основных
источника загрязнения атмосферы:
промышленность, бытовые котельные, транспорт.
Доля каждого из этих источников в общем
загрязнении воздуха сильно различается в
зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что
наиболее сильно загрязняет воздух промышленное
производство. Источники загрязнений -
теплоэлектростанции, которые вместе с дымом
выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ;
металлургические предприятия, особенно цветной
металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды
азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения
фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка;
химические и цементные заводы. Вредные газы
попадают в воздух в результате сжигания топлива
для нужд промышленности, отопления жилищ, работы
транспорта, сжигания и переработки бытовых и
промышленных отходов. Атмосферные загрязнители
разделяют на первичные, поступающие
непосредственно в атмосферу, и вторичные,
являющиеся результатом превращения последних.
Так, поступающий в атмосферу сернистый газ
окисляется до серного ангидрида, который
взаимодействует с парами воды и образует
капельки серной кислоты. При взаимодействии
серного ангидрида с аммиаком образуются
кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в
результате химических, фотохимических,
физико-химических реакций между загрязняющими
веществами и компонентами атмосферы, образуются
другие вторичные признаки. Основным источником
пирогенного загрязнения на планете являются
тепловые электростанции, металлургические и
химические предприятия, котельные установки,
потребляющие более 70% ежегодно добываемого
твердого и жидкого топлива. Основными вредными
примесями пирогенного происхождения являются
следующие:
А) Оксид углерода . Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.
Б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серусодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 % от общемирового выброса.
В) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
Г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.
Д) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.
Е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.
Ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т. передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг. сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.
Аэрозольное загрязнение атмосферы.
Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы,
находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе.
Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев
особенно опасны для организмов, а у людей
вызывают специфические заболевания. В атмосфере
аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде
дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть
аэрозолей образуется в атмосфере при
взаимодействии твердых и жидких частиц между
собой или с водяным паром. Средний размер
аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу
Земли ежегодно поступает около 1 куб.км.
пылевидных частиц искусственного происхождения.
Большое количество пылевых частиц образуется
также в ходе производственной деятельности
людей. Сведения о некоторых источниках
техногенной пыли приведены ниже:
Основными источниками искусственных
аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС,
которые потребляют уголь высокой зольности,
обогатительные фабрики, металлургические,
цементные, магнезитовые и сажевые заводы.
Аэрозольные частицы от этих источников
отличаются большим разнообразием химического
состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются
соединения кремния, кальция и углерода, реже -
оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка,
меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена,
мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта,
молибдена, а также асбест. Еще большее
разнообразие свойственно органической пыли,
включающей алифатические и ароматические
углеводороды, соли кислот. Она образуется при
сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе
пиролиза на нефтеперерабатывающих,
нефтехимических и других подобных предприятиях.
Постоянными источниками аэрозольного
загрязнения являются промышленные отвалы -
искусственные насыпи из переотложенного
материала, преимущественно вскрышных пород,
образуемых при добыче полезных ископаемых или же
из отходов предприятий перерабатывающей
промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых
газов служат массовые взрывные работы. Так, в
результате одного среднего по массе взрыва (250-300
тонн взрывчатых веществ) в атмосферу
выбрасывается около 2 тыс.куб.м. условного оксида
углерода и более 150 т. пыли. Производство цемента
и других строительных материалов также является
источником загрязнения атмосферы пылью.
Основные технологические процессы этих
производств - измельчение и химическая обработка
шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в
потоках горячих газов всегда сопровождается
выбросами пыли и других вредных веществ в
атмосферу. К атмосферным загрязнителям
относятся углеводороды - насыщенные и
ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов
углерода. Они подвергаются различным
превращениям, окислению, полимеризации,
взаимодействуя с другими атмосферными
загрязнителями после возбуждения солнечной
радиацией. В результате этих реакций образуются
перекисные соединения, свободные радикалы,
соединения углеводородов с оксидами азота и серы
часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых
погодных условиях могут образовываться особо
большие скопления вредных газообразных и
аэрозольных примесей в приземном слое воздуха.
Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое
воздуха непосредственно над источниками
газопылевой эмиссии существует инверсия -
расположения слоя более холодного воздуха под
теплым, что препятствует воздушным массам и
задерживает перенос примесей вверх. В результате
вредные выбросы сосредотачиваются под слоем
инверсии, содержание их у земли резко возрастает,
что становится одной из причин образования ранее
неизвестного в природе фотохимического тумана.
Фотохимический туман (смог).
Фотохимический туман представляет собой
многокомпонентную смесь газов и аэрозольных
частиц первичного и вторичного происхождения. В
состав основных компонентов смога входят озон,
оксиды азота и серы, многочисленные органические
соединения перекисной природы, называемые в
совокупности фотооксидантами. Фотохимический
смог возникает в результате фотохимических
реакций при определенных условиях: наличии в
атмосфере высокой концентрации оксидов азота,
углеводородов и других загрязнителей,
интенсивной солнечной радиации и безветрия или
очень слабого обмена воздуха в приземном слое
при мощной и в течение не менее суток повышенной
инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно
сопровождающаяся инверсиями, необходима для
создания высокой концентрации реагирующих
веществ.
Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и
реже зимой. При продолжительной ясной погоде
солнечная радиация вызывает расщепление молекул
диоксида азота с образованием оксида азота и
атомарного кислорода. Атомарный кислород с
молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы,
последний, окисляя оксид азота, должен
сновапревращаться в молекулярный кислород, а
оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит.
Оксид азота вступает в реакции с олефинами
выхлопных газов, которые при этом расщепляются
по двойной связи и образуют осколки молекул и
избыток озона. В результате продолжащейся
диссоциации новые массы диоксида азота
расщеппляются и дают дополнительные количества
озона. Возникает циклическая реакция, в итоге
которой в атмосфере постепенно накапливается
озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В
свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами.
В атмосфере концентрируются различные перекиси,
которые в сумме и образуют характерные для
фотохимического тумана оксиданты. Последние
являются источником так называемых свободных
радикалов, отличающихся особой реакционной
спосбностью. Такие смоги - нередкое явление над
Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и
другими городами Европы и Америки. По своему
физиологическому воздействию на организм
человека они крайне опасны для дыхательной и
кровеносной системы и часто бывают причиной
преждевременной смерти городских жителей с
ослабленным здоровьем.
Проблема контролирования выброса в
атмосферу загрязняющих веществ промышленными
предприятиями (ПДК).
Приоритет в области разработки предельно
допустимых концентраций в воздухе принадлежит
СССР. ПДК - такие концентрации, которые на
человека и его потомство прямого или косвенного
воздействия, не ухудшают их работоспособности,
самочувствия, а также санитарно-бытовых условий
жизни людей.
Обобщение всей информации по ПДК, получаемой
всеми ведомствами, осуществляется в ГГО (Главной
Геофизической Обсерватории. Чтобы по
результатам наблюдений определить значения
воздуха, измеренные значения концентраций
сравнивают с максимальной разовой предельно
допустимой концентрацией и определяют число
случаев, когда были превышены ПДК, а также во
сколько раз наибольшее значение было выше ПДК.
Среднее значение концентрации за месяц или за
год сравнивается с ПДК длительного действия -
среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнение
воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в
атмосфере города, оценивается с помощью
комплексного показателя - индекса загрязнения
атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на
соответствующее значения ПДК и средние
концентрации различных веществ с помощью
несложных расчетов приводят к величине
концентраций сернистого ангидрида, а затем
суммируют. Максимальные разовые концентрации
основных загрязняющих веществ были наибольшими
в Норильске (оксилы азота и серы), Фрунзе (пыль),
Омске (угарный газ). Степень загрязнения воздуха
основными загрязняющими веществами находится в
прямой зависимости от промышленного развития
города. Наибольшие максимальные концентрации
характерны для городов с численностью населения
более 500 тыс. жителей. Загрязнение воздуха
специфическими веществами зависит от вида
промышленности, развитой в городе. Если в крупном
городе размещены предприятия нескольких
отраслей промышленности, то создается очень
высокий уровень загрязнения воздуха, однако
проблема снижения выбросов многих специфических
веществ до сих пор остается нерешенной.
3. Химическое загрязнение природных вод
Всякий водоем или водный источник связан с
окружающей его внешней средой. На него оказывают
влияние условия формирования поверхностного или
подземного водного стока, разнообразные
природные явления, индустрия, промышленное и
коммунальное строительство, транспорт,
хозяйственная и бытовая деятельность человека.
Последствием этих влияний является привнесение
в водную среду новых, несвойственных ей веществ -
загрязнителей, ухудшающих качество воды.
Загрязнения, поступающие в водную среду,
классифицируют по разному, в зависимости от
подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют
химическое, физическое и биологические
загрязнения. Химическое загрязнение
представляет собой изменение естественных
химических свойств вода за счет увеличения
содержания в ней вредных примесей как
неорганической (минеральные соли, кислоты,
щелочи, глинистые частицы), так и органической
природы (нефть и нефтепродукты, органические
остатки, поверхностноактивные вещества,
пестициды).
Неорганическое загрязнение.
Основными неорганическими (минеральными)
загрязнителями пресных и морских вод являются
разнообразные химические соединения, токсичные
для обитателей водной среды. Это соединения
мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора.
Большинство из них попадает в воду в результате
человеческой деятельности. Тяжелые металлы
поглощаются фитопланктоном, а затем передаются
по пищевой цепи более высокоорганизованным
организмам. Токсический эффект некоторых
наиболее распространенных загрязнителей
гидросферы представлен в таблице:
| Вещество | Планктон | Ракообразные | Моллюски | Рыбы |
| 1. Медь | +++ | +++ | +++ | +++ |
| 2. Цинк | + | ++ | ++ | ++ |
| 3. Свинец | - | + | + | +++ |
| 4. Ртуть | ++++ | +++ | +++ | +++ |
| 5. Кадмий | - | ++ | ++ | ++++ |
| 6. Хлор | - | +++ | ++ | +++ |
| 7. Роданид | - | ++ | + | ++++ |
| 8. Цианид | - | +++ | ++ | ++++ |
| 9. Фтор | - | - | + | ++ |
| 10. Сульфид | - | ++ | + | +++ |
Примечание: степень токсичности: - - отсутствует, + - очень слабая, ++ - слабая, +++ - сильная, ++++ - очень сильная
Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным заразителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапозон рН промышленных стоков (1,0 - 11,0) и способных изменять рН водной среды до значений 5,0 или выше 8,0 , тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5. Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн.т. солей. К 2000 году возможно увеличение их массы до 12 млн.т./год. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у людей, употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.
Органическое загрязнение. Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 - 380 млн.т./год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые привогдят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно активные вещества - жиры, масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах предоставлена ниже:
В связи с быстрыми темпами урбанизации и
несколько замедленным строительством очистных
сооружений или их неудовлетворительной
эксплуатацией водные бассейны и почва
загрязняются бытовыми отходами. Особенно
ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным
течением или непроточных (водохранилища, озера).
Разлагаясь в водной среде, органические отходы
могут стать средой для патогенных организмов.
Вода, загрязненная органическими отходами,
становится практически непригодной для питья и
других надобностей. Бытовые отходы опасны не
только тем, что являются источником некоторых
болезней человека (брюшной тиф, дизентерия,
холера), но и тем, что требуют для своего
разложения много кислорода. Если бытовые сточные
воды поступают в водоем в очень больших
количествах, то содержание растворимого
кислорода может понизится ниже уровня,
необходимого для жизни морских и пресноводных
организмов.
4. Проблема загрязнения Мирового океана
(на примере ряда органических соединений).
Нефть и нефтепродукты.
Нефть представляет собой вязкую маслянистую
жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и
обладающую слабой флуорисценцией. Нефть состоит
преимущественно из насыщенных алифвтических и
гидроароматических углеводородов. Основные
компоненты нефти - углеводороды (до 98%) -
подразделяются на 4 класса:
А) Парафины (алкены) - (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.
Б) Циклопарафины - (30 - 60% от общего состава) - насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.
В) Ароматические углеводороды - (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические (пирен).
Г) Олефины (алкены) - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.
Нефть и нефтепродукты являются наиболее
распространенными загрязняющими веществами в
Мировом океане. К началу 80-ых годов в океан
ежегодно поступало около 6 млн.т. нефти, что
составляло 0,23% мировой добычи. Наибольшие потери
нефти связаны с ее транспортировкой из районов
добычи. Аварийные ситуации, слив за борт
танкерами промывочных и балластных вод, - все это
обуславливает присутствие постоянных полей
загрязнения на трассах морских путей. В период за
1962-79 годы в результате аварий в морскую среду
поступило около 2 млн. т. нефти. За последние 30 лет,
начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в
Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и
350 промышленных скважин оборудовано. Из-за
незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн.т.
нефти. Большие массы нефти поступают в моря по
рекам, с бытовыми и ливневыми стоками.
Объем загрязнений из этого источника составляет
2,0 млн.т./год. Со стоками промышленности ежегодно
попадает 0,5 млн.т. нефти. Попадая в морскую среду,
нефть сначала растекается в виде пленки, образуя
слои различной мощности. По цвету пленки можно
определить ее толщину:
| Внешний вид | Толщина, мкм | Количество нефти, л/ кв.км |
| Едва заметна | 0,038 | 44 |
| Серебристый отблеск | 0,076 | 88 |
| Следы окраски | 0,152 | 176 |
| Ярко окрашенные разводы | 0,305 | 352 |
| Тускло окрашенные | 1,016 | 1170 |
| Темно окрашенные | 2,032 | 2310 |
Нефтяная пленка изменяет состав спектра и
интенсивность проникновения в воду света.
Пропускание света тонкими пленками сырой нефти
составляет 1-10% (280 нм), 60-70% (400нм).
Пленка толщиной 30-40 мкм полностью полностью
поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с
водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую
- "нефть в воде"- и обратную - "вода в
нефти". Прямые эмульсии, составленные
капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее
устойчивы и характерны для нефтей, содержащих
поверхностно-активные вещества. При удалении
летучих фракций, нефть образует вязкие обратные
эмульсии, которые могут сохраняться на
поверхности, переноситься течением,
выбрасываться на берег и оседать на дно.
Пестициды
.
Пестициды составляют группу искусственно
созданных веществ, используемых для борьбы с
вредителями и болезнями растений. Пестициды
делятся на следующие группы: инсектициды - для
борьбы с вредными насекомыми, фунгициды и
бактерициды - для борьбы с бактериальными
болезнями растений, гербициды - против сорных
растений. Установлено, что пестициды уничтожая
вредителей, наносят вред многим полезным
организмам и подрывают здоровье биоценозов. В
сельском хозяйстве давно уже стоит проблема
перехода от химических (загрязняющих среду) к
биологическим (экологически чистым) методам
борьбы с вредителями. В настоящее время более 5
млн.т. пестицидов поступает на мировой рынок.
Около 1,5 млн.т. этих веществ уже вошло в состав
наземных и морских экосистем золовым и водным
путем. Промышленное производство пестицидов
сопровождается появлением большого количества
побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В
водной среде чаще других встречаются
представители инсектицидов, фунгецидов и
гербицидов. Синтезированные инсектициды делятся
на три основных группы: хлороорганические,
фосфороорганические и карбонаты.
Хлороорганические инсектициды получаются путем
хлороирования ароматических и
гетероциклических жидких углеводородов. К ним
относятся ДДТ и его производные, в молекулах
которых устойчивость алифатических и
ароматических групп в совместном присутствии
возрастает, всевозможные хлорированные
производные хлородиена (элдрин). Эти вещества
имеют период полураспада до нескольких десятков
лет и очень устойчивы к биодеградации. В водной
среде часто встречаются полихлорбифенилы -
производные ДДТ без алифатической части,
насчитывающие 210 гомологов и изомеров. За
последние 40 лет использовано более 1,2 млн.т.
полихлорбифенилов в производстве пластмасс,
красителей, трансформаторов, конденсаторов.
Полихлорбифенилы (ПХБ) попадают в окружающую
среду в результате сбросов промышленных сточных
вод и сжигания твердых
отходах на свалках. Последний источник
поставляет ПБХ в атмосферу, откуда они с
атмосферными осадками выпадают во все районах
Земнего шара. Так в пробах снега, взятых в
Антарктиде, содержание ПБХ составило 0,03 - 1,2 кг./л.
Синтетические поверхностно-активные
вещества.
Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе
веществ, понижающих поверхностное натяжение
воды. Они входят в состав синтетических моющих
средств (СМС), широко применяемых в быту и
промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ
попадают в материковые воды и морскую среду. СМС
содержат полифосфаты натрия, в которых
растворены детергенты, а также ряд добавочных
ингредиентов, токсичных для водных организмов:
ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты
(персульфаты, пербораты), кальцинированная сода,
карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия. В
зависимости от природы и структуры гидрофильной
части молекулы СПАВ делятся на анионоактивные,
катионоактивные, амфотерные и неионогенные.
Последние не образуют ионов в воде. Наиболее
распространенными среди СПАВ являются
анионоактивные вещества. На их долю приходится
более 50% всех производимых в мире СПАВ.
Присутствие СПАВ в сточных водах промышленнрсти
связано с использованием их в таких процессах,
как флотационное обогащение руд, разделение
продуктов химических технологий, получение
полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и
газовых скважин, борьба с коррозией
оборудования. В сельском хозяйстве СПАВ
применяется в составе пестицидов.
Соединения с канцерогенными свойствами
.
Канцерогенные вещества - это химически
однородные соединения, проявляющие
трансформирующую активность и способность
вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение
процессов эмбрионального развития) или
мутагенные изменения в организмах. В зависимости
от условий воздействия они могут приводить к
ингибированию роста, ускорению старения,
нарушению индивидуального развития и изменению
генофонда организмов. К веществам, обладающим
канцерогенными свойствами, относятся
хлорированные алифатические углеводороды,
винилхлорид, и особенно, полициклические
ароматические углеводороды (ПАУ). Максимальное
количество ПАУ в современных данных осадках
Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого
вещества) обнаружено в тентонически активных
зонах, подверженным глубинному термическому
воздействию. Основные антропогенные источники
ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических
веществ при сжигании различных материалов,
древесины и топлива.
Тяжелые металлы.
Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий,цинк, медь,
мышьяк,) относятся к числу распространенных и
весьма токсичных загрязняющих веществ. Они
широко применяются в различных промышленных
производствах, поэтому, несмотря на очистные
мероприятия, содержание соединения тяжелых
металлов в промышленных сточных водах довольно
высокое. Большие массы этих соединений поступают
в океан через атмосферу. Для морских биоценозов
наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть
переносится в океан с материковым стоком и через
атмосферу. При выветривании осадочных и
изверженных пород ежегодно выделяется 3,5 тыс.т.
ртути. В составе атмосферной пыли содержится
около 12 тыс.т. ртути, причем значительная часть -
антропогенного происхождения. Около половины
годового промышленного производства этого
металла (910 тыс.т./год) различными путями попадает
в океан. В районах, загрязняемых промышленными
водами, концентрация ртути в растворе и взвесях
сильно повышается. При этом некоторые бактерии
переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть.
Заражение морепродуктов неоднократно приводило
к ртутному отравлению прибрежного населения. К
1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Миномата,
причиной которой послужили отходы предприятий
по производству хлорвинила и ацетальдегида, на
которых в качестве катализатора использовалась
хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные
воды предриятий поступали в залив Минамата.
Свиней - типичный рассеянный элемент,
содержащийся во всех компонентах окружающей
среды: в горных породах,почвах, природных водах,
атмосфере, живых организмах. Наконец, свиней
активно рассеивается в окружающую среду в
процессе хозяйственной деятельности человека.
Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с
дымом и пылью промышленных предприятий, с
выхлопными газами двигателей внутреннего
сгорания. Миграционный поток свинца с континента
в океан идет не только с речными стоками, но и
через атмосферу. С континентальной пылью океан
получает (20-30) т. свинца в год.
Сброс отходов в море с целю захоронения
(дампинг)
.
Многие страны, имеющие выход к морю, производят
морское захоронение различных материалов и
веществ, в частности грунта, вынутого при
дноуглубительных работах, бурового шлака,
отходов промышленности, строительного мусора,
твердых отходов, взрывчатых и химических
веществ, радиоактивных отходов. Объем
захоронений составил около 10% от всей массы
загрязняющих веществ, поступающих в Мировой
океан. Основанием для дампинга в море служит
возможность морской среды к переработке
большого количества органических и
неорганических веществ без особого ущерба воды.
Однако эта способность не беспредельна.
Поэтому дампинг рассматривается как вынужденная
мера, временная дань общества несовершенству
технологии. В шлаках промышленных производств
присутствуют разнообразные органические
вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой
мусор в среднем содержит (на массу сухого
вещества) 32-40% органических веществ; 0,56% азота; 0,44%
фосфора; 0,155% цинка; 0,085% свинца; 0,001% ртути; 0,001%
кадмия. Во время сброса прохождении материала
сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ
переходит в раствор, изменяя качество воды,
другая сорбируется частицами взвеси и переходит
в донные отложения. Одновременно повышаеся
мутность воды. Наличие органических веществ
часто приводит к быстрому расходованию
кислорода в воде и не редко к его полному
исчезновению, растворению взвесей, накоплению
металлов в растворенной форме, появлению
сероводорода.
Присутствие большого количества органических
веществ создает в грунтах устойчивую
восстановительную среду, в которой возникает
особый тип иловых вод, содержащих сероводород,
аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасываемых
материалов в разной степени подвергаются
организмы бентоса и др. В случае образования
поверхностных пленок, содержащих нефтяные
углеводороды и СПАВ, нарушается газообмен
награнице воздух - вода. Загрязняющие вещества,
поступающие в раствор, могут аккумулироваться в
тканях и органах гидробиантов и оказывать
токсическое воздействие на них. Сброс материалов
дампинга на дно и длительная повышенная мутность
приданной воды приводит к гибели от удушья
малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб,
моллюсков и ракообразных сокращается скорость
роста за счет ухудшения условий питания и
дыхания. Нередко изменяется видовой состав
данного сообщества. При организации системы
контроля за сбросами отходов в море решающее
значение имеет определение районов дампинга,
определение динамики загрязнения морской воды и
донных отложений. Для выявления возможных
объемов сброса в море необходимо проводить
расчеты всех загрязняющих веществ в составе
материального сброса.
Тепловое загрязнение.
Тепловое загрязнение поверхности водоемов и
прибрежных морских акваторий возникает в
результате сброса нагретых сточных вод
электростанциями и некоторыми промышленными
производствами. Сброс нагретых вод во многих
случаях обуславливает повышение температуры
воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Площадь
пятен нагретых вод в прибрежных районах может
достигать 30 кв.км. Более устойчивая
температурная стратификация препятствует
водообмену поверхностным и донным слоям.
Растворимость кислорода уменьшается, а
потребление его возрастает, поскольку с ростом
теипературы усиливается активность аэробных
бактерий, разлагающих органическое вещество.
Усиливается видовое разнообразие фитопланктона
и всей флоры водорослей.
На основании обобщения материала можно сделать
вывод, что эффекты антропогенного воздействия на
водную среду проявляются на индивидуальном и
популяционно-биоценотическом уровнях, и
длительное действие загрязняющих веществ
приводит к упроще нию экосистемы.
5. Загрязнение почвы.
Почвенный покров Земли представляет собой
важнейший компонент биосферы Земли. Именно
почвенная оболочка определяет многие процессы,
происходящие в биосфере.
Важнейшее значение почв состоит в
аккумулировании органического вещества,
различных химических элементов, а также энергии.
Почвенный покров выполняет функции
биологического поглотителя, разрушителя и
нейтрализатора различных загрязнений. Если это
звено биосферы будет разрушено, то сложившееся
функционирование биосферы необратимо нарушится.
Именно поэтому чрезвычайно важно изучение
глобального биохимического значения почвенного
покрова, его современного состояния и изменения
под влиянием антропогенной деятельности. Одним
из видов антропогенного воздействия является
загрязнение пестицидами.
Пестициды как загрязняющий фактор.
Открытие пестицидов - химических средств защиты
растений и животных от различных вредителей и
болезней - одно из важнейших достижений
современной науки. Сегодня в мире на 1 га.
наносится 300 кг. химических средств. Однако в
результате длительного применения пестицидов в
сельском хозяйствем медицине (борьба с
переносчиками болезней) почти повсеместно
отличается снижение из эффективности вследствие
развития резистентных рас вредителей и
распространению "новых" вредных организмов,
естественные враги и конкуренты которых были
уничтожены пестицидами. В то же время действие
пестицидов стало проявляться в глобальных
масштабах. Из громадного количества насекомых
вредными являются лишь 0,3% или 5 тыс. видов. У 250-ти
видов обнаружена резистентность к пестицидам.
Это усугубляется явлением перекрёстной
резистенции, заключающейся в том, что повышенная
устойчивость к действию одного препарата
сопровождается устойчивостью к соединениям
других классов. С общебиологических позиций
резистентность можно рассматривать как смену
популяций в результате перехода от
чувствительного штамма к устойчивому штамму
того же вида вследствие отбора, вызванного
пестицидами. Это явление связано с
генетическими, физиологическими и
биохимическими перестройками организмов.
Неумеренное применение пестицидов (гербицидов,
инсектицидов, дефолиантов) негативно влияет на
качество почвы. В связи с этим усиленно изучается
судьба пестицидов в почвах и возможности и
возможности их обезвреживать химическими и
биологическими способами. Очень важно создавать
и применять только препараты с небольшой
продолжительностью жизни, измеряемой неделями
или месяцами. В этом деле уже достигнуты
определенные успехи и внедряются препараты с
большой скоростью деструкции, однако проблема в
целом ещё не решена.
Кислые атмосферные выпады на сушу.
Одна из острейших глобальных проблем
современности и обозримого будущего - это
проблема возрастающей кислотности атмосферных
осадков и почвенного покрова. Районы кислых почв
не знают засух, но их естественное плодородие
понижено и неустойчиво; они быстро истощаются и
урожаи на них низкие. Кислотные дожди вызывают не
только подкисление поверхностных вод и верхних
горизонтов почв. Кислотность с нисходящими
потоками воды распространяется на весь
почвенный профиль и вызывает значительное
подкисление грунтовых вод. Кислотные дожди
возникают в результате хозяйственной
деятельности человека, сопровождающейся
эмиссией колоссальных количеств оксилов серы,
азота, углерода. Эти оксилы, поступая в атмосферу
переносятся на большие расстояния,
взаимодействуют с водой и превращаются в
растворы смеси сернистой, серной, азотистой,
азотной и угольной кислот, которые выпадают в
виде "кислых дождей" на сушу, взаимодействуя
с растениями, почвами, водами. Главными
источниками в атмосфере является сжигание
сланцев, нефти, углей, газа в индустрии, в
сельском хозяйстве, в быту. Хозяйственная
деятельность человека почти вдвое увеличила
поступление в атмосферу оксилов серы, азота,
сероводорода и оксида углерода. Естественно, что
это сказалось на повышении кислотности
атмосферных осадков, наземных и грунтовых вод.
Для решения этой проблемы необходимо увеличить
объём систематических представительных
измерений соединений загрязняющих атмосферу
веществ на больших территориях.
6. Заключение
Охрана природы - задача нашего века, проблема,
ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об
опасности, грозящей окружающей среде, но до сих
пор многие из нас считают их неприятным, но
неизбежным порождением цивилизации и полагают,
что мы ещё успеем справиться со всеми
выявившимися затруднениями.
Однако воздействие человека на окружающую среду
приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне
улучшить положение, понадобятся
целенаправленные и продуманные действия.
Ответственная и действенная политика по
отношению к окружающей среде будет возможна лишь
в том случае, если мы накопим надёжные данные о
современном состоянии среды, обоснованные
знания о взаимодействии важных экологических
факторов, если разработает новые методы
уменьшения и предотвращения вреда, наносимого
Природе Человеком.
Появление в окружающей среде продуктов производства химической промышленности – ксенобиотиков, отсутствующих в ней ранее или изменяющих естественную концентрацию до уровня, превышающего обычную норму, называют химическим загрязнением. Химическое загрязнение обусловлено токсическим воздействием химических веществ.
В основе жизни, как и в основе изменения химического состава биосферы, лежат химические и биохимические процессы, поэтому для моделирования и управления динамическим равновесием в биосфере необходимо знание химических механизмов взаимодействия между отдельными подсистемами. Есть и другой аспект взаимоотношений химии и экологии: речь идет о качественном и количественном составе химических антропогенных загрязнений биосферы в результате производственной и сельскохозяйственной деятельности человека. Здоровье человека и состояние окружающей среды тесно взаимосвязаны; поэтому особую опасность для здоровья представляют химические загрязнители.
Токсичностью называется способность различных химических элементов или их соединений оказывать вредное воздействие на микроорганизмы, растения, животных, человека. Понятие токсичность относится не к определенным элементам, а к любым химическим загрязняющим веществам, поступающим в биосферу в высоких концентрациях. Справедливым является утверждение, что нет токсичных веществ, есть токсичные концентрации.
Организм человека, как и любого биологического вида, в процессе жизнедеятельности непрерывно извлекает разнообразные химические вещества из окружающей среды, преобразует их и снова возвращает в окружающую среду. Этот круговорот веществ регулируется процессами питания и дыхания; при этом пища является главным источником биологически активных веществ, содержащих биогенные химические элементы.
В.И. Вернадский открыл закон биогенной миграции атомов – это миграция химических элементов в биосфере в целом при непосредственном участии живого вещества; она подразделяется на три рода:
– биогенная миграция атомов 1-го рода осуществляется микроорганизмами; она характеризуется огромной интенсивностью, связанной с их малым объемом и весом;
– биогенная миграция 2-го рода осуществляется многоклеточными организмами;
– биохимическая миграция атомов 3-го рода, связанная с жизнедеятельностью данного вида. Например, воздействие на почву грызунов – землероев, дождевых червей, термитов. До экспансии человека этот вид геохимической миграции атомов играл подчиненную роль.
Под влиянием жизненных форм значительная часть атомов, составляющих земную поверхность, находится в непрерывном интенсивном движении. Возрастает сила влияния живого вещества на планету, увеличивается ее воздействие на косное (неживое) вещество биосферы. Ученый констатировал, что в ХХ веке началось преобладание геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.
С появлением человеческого общества на планете, эта сила смещает пути и направления геохимических планетарных процессов. Сила действует стихийно, в своих эффектах проявляется вне сознания творящего ее человечества. Скорость социальной эволюции вместе со всеми деструктивными воздействиями на биосферу в настоящее время на 3 – 5 порядков выше скорости биологической эволюции , и в результате биосфера не может приспособиться к техногенным изменениям. Отсюда следует, что адаптация в системе «природа – общество» может осуществляться только в одностороннем порядке: человек – зависим от законов биосферы, которые обязательны для любого живого существа на нашей планете. Необходимо направить усилия людей на изучение и поддержание естественных механизмов саморегуляции и самоорганизации на планетарном уровне.
Таким образом, коадаптационная стратегия в отношении биосферы должна включать сокращение населения Земли, ограничение потребления, становление биоцентрического мышления, что может привести к снижению антропогенной нагрузки на биосферу.
Химическое загрязнение представлено разнообразными неорганическими, органическими, органо-минеральными соединениями. Разнообразие устойчивых химических соединений бесконечно велико. В настоящее время установлена химическая структура более шести миллионов химических соединений, причем около двухсот тысяч новых соединений в год синтезируется человеком, либо экстрагируются в огромных концентрациях.
Химия способствовала значительному развитию и подъему благосостоянию общества благодаря разнообразному применению огромного числа природных и синтетических веществ (топливо, масла, красители, полимеры, минеральные удобрения, пестициды, пищевые добавки, косметика, лекарства, растворители).
Токсические свойства придают химическому веществу так называемые токсофорные группы : нитрит–, цианид–, сульфид–, галогенид– ионы и другие. Использование токсичных веществ привело к биодеградации природных экосистем, ухудшению здоровья человека. В качестве примеров можно привести углеводородное топливо, которое при сжигании выделяет канцерогенный бенз(а)пирен. Многие красители обладают канцерогенным эффектом; в том числе термостойкие добавки к маслам – полихлорированные бифенилы (ПХБ). Сжигание высокомолекулярного поливинилхлорида (ПВХ) приводит к появлению самых токсичных антропогенных веществ – диоксинов.
Применение минеральных нитратных удобрений, пестицидов приводит к накоплению в организме токсичных веществ, обладающих канцерогенным эффектом. Широкое применение в различных областях производства фреонов, в том числе в качестве хладоагентов при производстве холодильников, способствовало разрушению озонового слоя Земли
Огромную опасность для здоровья представляют многие ингредиенты косметических средств, например, родамин «В» в губной помаде, триокрезилфосфат в лаке для ногтей, гормоны в шампунях, креме. В последние годы запрещен ряд косметических компонентов, включая используемую в косметике токсичную трихлоруксусную кислоту. Например, запрещены:
– гексахлорофен – антибактериальный препарат, соли тяжелых металлов, входящие в состав мыла, дезодорантов и кремов для кожи, который приводил к повреждению ткани мозга;
– лак для волос, в составе которого входит хлористый винил; его использование в аэрозольных баллончиках вызывал врожденные уродства и приводил к раку печени;
– отбеливающие кожу кремы, содержащие соли высокотоксичной ртути.
Ниже приведены «приоритетные» загрязнители:
– диоксид серы, образующий сернистую, серную кислоту в кислотных дождях, попадающих на растительность, почву и водоемы;
– полициклические ароматические углеводороды, в частности, бенз(а)пирен, обладающие канцерогенным эффектом;
– диоксины из класса хлорированных углеводородов;
– нефтепродукты, обладающие множественным токсическим эффектом;
– пестициды;
– оксид углерода (II) и оксида азота;
– радиоактивные элементы (стронций-90, цезий-137, йод-131, углерод-14);
– тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.), способные накапливаться в трофических цепях и оказывать высокотоксичное действие на живые организмы;
Для характеристики вреда химического вещества используют такие понятия как предел токсичности и длительность воздействия . В исследованиях на живых организмах, строят ряды токсичности веществ. При этом устанавливают максимально разовое и среднесуточное предельно допустимое содержание.
Предельно допустимую концентрацию (ПДК) вещества устанавливают с целью ограждения человека от практически постоянных отрицательных воздействий вредных веществ. Вредные вещества в концентрациях, не превышающих ПДК, не вызывают у человека отравления и не нарушают его нормальной деятельности.
В настоящее время известно от 7 до 8,6 млн химических веществ и соединений, из которых 60 тыс. находят применение в деятельности человека: 5500 - в виде пищевых добавок, 4000 - лекарств, 1500 - препаратов бытовой химии. На международном рынке ежегодно появляется от 500 до тысячи новых химических соединений и смесей.
Многие химические вещества обладают канцерогенными и мутагенными свойствами, среди которых особенно опасны 200 наименований: бензол , асбест , пестициды (ДДТ, алдрин, линдан и др.), разнообразные красители и пищевые добавки.
Химические вещества в зависимости от их практического использования классифицируются на:
Промышленные яды, используемые в производстве: органические растворители (дихлорэтан), топливо (пропан, бутан), красители (анилин);
Ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве;
Бытовые химикаты, применяемые в виде пищевых добавок, средства санитарии, личной гигиены, косметики и т.д.;
Отравляющие вещества (ОВ).
Об опасности веществ можно судить по критериям токсичности (ПДК - предельно допустимая концентрация в окружающей среде; ОБУВ - ориентировочный безопасный уровень воздействия для окружающей природной среды), по величине порогов вредного действия (однократного, хронического), порога запаха, а также порогов специфического действия (аллергического, канцерогенного и др.).
Показатели токсичности определяют класс опасности вещества. Классификация вредных веществ по степени опасности включает четыре класса: чрезвычайно опасные, высокоопасные, умеренноопасные, малоопасные вещества.
Химическое загрязнение - это изменения в естественных химических свойствах природной среды, в результате которых заметно повышается количество каких-либо веществ для рассматриваемого периода времени, а также проникновение в среду веществ в концентрациях, превышающих норму.
Наибольшую проблему при химическом загрязнении окружающей природной среды создают некоторые ядохимикаты, с трудом выявляемые из-за их очень низкой концентрации, но способные постепенно накапливаться в организме, вызывая многочисленные расстройства здоровья, в том числе рак.
Большинство из них принадлежит к одному из двух классов: тяжелым металлам или синтетическим органическим соединениям.
Тяжелые металлы - металлы с большим атомным весом (свинец, цинк, ртуть, медь, никель, железо, ванадий и др.) Они широко используются в промышленности. Тяжелые металлы чрезвычайно ядовиты. Их ионы и некоторые соединения растворимы в воде и могут попадать в организм, где, взаимодействуя с рядом ферментов, подавляют их активность. Основными источниками их служат: металлургические предприятия, сжигание угля, нефти и различных отходов, производство стекла, удобрений, цемента, автотранспорта и пр.
Синтетические органические соединения . Организм может оказаться неспособным разлагать органические соединения, или включать их в метаболизм иным путем, т.е. они небиодиградирующие. В результате они нарушают функционирование организма. При определенных дозах возможно острое отравление и смерть. Однако и небольшие дозы, получаемые на протяжении длительного периода, приводят к канцерогенному (развитие рака), мутагенному (появлению мутаций) и тератогенному (врожденные дефекты у детей). Наиболее опасны галогенированные углероды - органические соединения, в которых один или более атомов водорода замещены атомами хлора, брома или йода.
Как тяжелые металлы, так и галогенированные углеводороды особенно опасны ввиду способности к биоаккумуляции , когда малые, кажущиеся безвредными дозы, получаемые в течение длительного периода, накапливаются в организме, создают в итоге токсичную концентрацию и наносят ущерб здоровью.
Биоаккумуляция может усугубляться в пищевой цепи. Организмы, находящиеся в ее основе, поглощают химикаты из внешней среды и аккумулируют их в своих тканях. Питаясь этими организмами, животные следующего трофического уровня получают исходно более высокие дозы, накапливаются более высокие концентрации. В результате на вершине данной пищевой цепи концентрация химиката в организмах может стать в 100 тыс. раз выше, чем во внешней среде. Такое накопление вещества при прохождении через пищевую цепь называют биоконцентрированием.
Поведение химических загрязнителей в среде. Попадая в среду, химические загрязнители: могут оставаться в среде, не попадая в живые организмы; могут непосредственно попадать в живые организмы.
Находясь в среде, химические загрязнители:
Могут полностью разрушаться на более простые и менее ядовитые или вообще не ядовитые соединения (нейтрализация);
Могут разрушаться на более простые, но не менее агрессивные соединения (активация);
Вступают в реакцию с веществами среды и меняют свою агрессивность в ту или иную сторону (нейтрализация или активация);
Локализуются в одной из сред и включаются в круговорот.
Попав в живые организмы, химические загрязнители:
Включатся в метаболизм и превратятся в менее ядовитые или неядовитые соединения (нейтрализация);
Накопятся в живом организме, усилив ядовитые свойства в результате повышения концентрации (активизация);
Включатся в пищевую цепь и в круговорот.
Загрязнение окружающей среды - привнесение новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение их естественного уровня.
К основным типам загрязнения окружающей среды относятся :
Физическое (тепловое, шумовое, электромагнитное, световое, радиоактивное);
К загрязнениям регионального масштаба относятся многие отходы промышленных предприятий и транспорта. В первую очередь, это касается диоксида серы. Он вызывает образование кислотных дождей, поражающих организмы растений и животных и вызывающих заболевания населения.
В крупных городах и промышленных центрах воздух, наряду с оксидами углерода и серы, часто загрязнен оксидами азота и твердыми частицами, выбрасываемыми автомобильными двигателями и дымовыми трубами. Нередко наблюдается образование смога. Хотя эти загрязнения носят локальный характер, они затрагивают многих людей, компактно поживающих на таких территориях. Кроме того, наносится ущерб окружающей природной среде.
Среди многих последствий хозяйственной деятельности человеческого общества особое значение имеет процесс прогрессирующего накопления металлов в окружающей среде. К наиболее опасным загрязнителям относят ртуть, свинец и кадмий. Существенное воздействие на живые организмы и их сообщества оказывают также техногенные поступления марганца , олова, меди, молибдена , хрома , никеля и кобальта .
Природные воды могут загрязняться пестицидами и диоксинами, а также нефтью. Продукты разложения нефти токсичны, а нефтяная пленка, изолирующая воду от воздуха, приводит к гибели живых организмов (в первую очередь, планктона) в воде.
Помимо накопления в почве токсичных и вредных веществ в результате деятельности человека, ущерб землям наносится за счет захоронения и свалок промышленных и бытовых отходов.
Основными мерами борьбы с химическим загрязнением являются :
Строгий контроль выбросов вредных веществ. Нужно заменять токсичные исходные продукты на нетоксичные, переходить на замкнутые циклы, совершенствовать методы очистки. Большое значение имеет оптимизация размещения предприятий для уменьшения выбросов транспорта, а также грамотное применение экономических санкций;
Развитие международного сотрудничества. Например, международные договоренности в области сохранения озонового слоя привели к повсеместному запрету на использование хлора, фторсодержащих соединений;
Проведение мероприятий, предупреждающих попадание загрязняющих веществ в водоемы (установление прибрежных защитных полос и водоохранных зон, отказ от ядовитых хлорсодержащих пестицидов, повышение надежности танкеров и т.п.);
Недопущение засорения почв промышленными и бытовыми сточными водами, твердыми бытовыми и промышленными отходами, санитарная очистка почвы и территории населенных мест;
Внедрение малоотходных и безотходных технологий, использование новых видов энергии.
Биологическое загрязнение является относительно новым понятием, оно введено в экологическую практику в начале 80-х годов (1982 г.). Биологическим загрязнением называют привнесение в среду и размножение в ней нежелательных для человека организмов, а также проникновение (естественное или благодаря деятельности человека) в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства видов организмов, чуждых данным экосистемам. Биологическое загрязнение является следствием антропогенного воздействия на окружающую среду.
Один из видов биологического загрязнения - выбросы предприятий биологического (микробиологического) синтеза. Производственные мощности этой отрасли современной биотехнологии, особенно в фармакологической промышленности, постоянно растут. Многие лекарственные препараты, например, антибиотики , вакцины, получают с помощью микроорганизмов путем микробиологического синтеза. В состав выбросов и сбросов со сточными водами фармакологических заводов входят микробные клетки и их фрагменты, питательная среда для микроорганизмов.
Масштабы этого вида загрязнения могут быть весьма велики, так же как и его негативные эффекты на здоровье человека. Яркой иллюстрацией является ситуация с производством искусственного белка из кормовых дрожжей (Candida tropicalis), растущих на углеводородах, в России в 70-80-х гг. XX века. Производство имело большие масштабы: было создано 8 крупных и около 100 мелких предприятий, выпускающих боле 1,5 млн. т в год белково-витаминного концентрата (БВК). В результате произошло сильное загрязнение окружающей среды в районах расположения заводов, которое вызвало резкое увеличение заболеваемости населения бронхиальной астмой, снижение общей иммунологической реактивности, особенно у детей.
В связи с биологическим загрязнением нельзя не упомянуть о бактериологическом оружии. Несмотря на международные запреты (Конвенция по биологическому оружию 1972 года), в разных концах света возникают сообщения, в той или иной степени связанные с его производством.
После событий 11 сентября 2001 года, когда самолет-камикадзе врезался в американские небоскребы, появился новый термин - «биотерроризм». После этих событий начались вспышки сибирской язвы в США, связанные с применением бактериологического оружия (подробнее в подразделе 4.10).
К концу XX века встал вопрос о биологической опасности, связанной с развитием генной инженерии и ее успехами в сельском хозяйстве. Риск так называемого «генетического» загрязнения окружающей среды - этого сравнительно нового вида биологического загрязнения - становится все более реальным.
Наибольшему риску генетического загрязнения подвержены редкие и исчезающие виды, популяции которых находятся ни стадии деградаций. Межвидовая гибридизация и гибридизация между подвидами - явление широко распространенное. Изменение условий обитания может провоцировать гибридизацию. Угроза гибридизации характерна для регионов с антропогенно трансформированной средой и нарушениями популяционных механизмов регуляции численности.
Самостоятельную проблему с серьезными социально-этическими аспектами представляет собой вмешательство в геном человека. С расшифровкой генома человека в 2000 году (в исследованиях участвовали десятки лабораторий Англии. Франции, Японии, США, России) человечество входит в новую фазу своего развития, где предсказать все возможные сценарии невозможно. В некоторых прогнозах они выглядят фантастическими, например, и результате достижений генной инженерии можно будет клонировать гениев или правителей. Может появиться «улучшенная» разновидность людей, которые будут обладать феноменальными способностями и небывалой продолжительностью жизни.
Многие считают, что, несмотря на всевозможные запреты, остановить научный прогресс в области этих исследований невозможно: рано или поздно такие попытки будут сделаны.
В XXI веке может стать актуальной микробиологическая опасность в сфере космической деятельности. Реальной угрозой развития заболеваний, не известных ранее, может стать целый комплекс факторов: непредсказуемость повеления микроорганизмов внутри космического корабля, возможность попадания новых видов микроорганизмов при замене экипажей, ослабление иммунитета у человека в уровнях невесомости и др.
Физическое загрязнение связано с изменением физических, температурно-энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды.
К физическому загрязнению можно отнести:
Тепловое;
Шумовое;
Радиоактивное;
Электромагнитное;
Световое.
Тепловое загрязнение - нагревание воды, воздуха или почвы в результате попадания в окружающую среду тепловых отходов предприятий топливно-энергетического комплекса (тепловые и атомные электростанции), при сжигании попутного газа нефтедобывающей промышленности, от газовых факелов нефтехимических предприятий, при утечке тепла в жилищно-коммунальном хозяйстве. Источниками загрязнений в пределах городских территорий служат: подземные газопроводы промышленных предприятий, теплотрассы, сборные коллекторы, коммуникации и др.
Любое тепловое загрязнение - это потеря дорогостоящей тепловой энергии, заставляющая увеличивать её производство.
Электромагнитное загрязнение связано с высоковольтными линиями электропередач, электроподстанциями, радио- и телепередающими станциями, а также с излучением микроволновых печей, компьютеров, радиотелефонов.
Радиоактивное загрязнение биосферы — превышение естественного уровня содержания в окружающей природной среде радиоактивных веществ. Оно может быть вызвано как естественными, так и антропогенными факторами (разработка радиоактивных руд, аварии на АЭС, испытание ядерного оружия и др.). В таблице 2.3 показаны факторы радиоактивного загрязнения биосферы.
Таблица 8.2 Факторы радиоактивного загрязнения биосферы
Экологический шум — одна из форм загрязнения окружающей среды, которая состоит в увеличении уровня шума сверх природного фона и действует отрицательно на живые организмы (включая человека).
Шум бывает бытовой, производственный, промышленный, транспортный, авиационный, шум уличного движения и др.
Основными источниками городского шума служат промышленные предприятия, среди которых особенно выделяются энергетические установки (100-110 дБ), компрессорные станции (100 дБ), металлургические заводы (90-100 дБ) и др. Значительный шум также создают транспортные среды (75-105 дБ) .
Шумозащита — комплекс мероприятий по снижению шума на производстве, на транспорте, при гражданском и промышленном строительстве.
