Загрязнение химическое понимается как изменение естественных химических свойств природной среды, превышающее среднемноголетние колебания количества каких-либо веществ для рассматриваемого периода, а также как проникновение в среду химических веществ, отсутствовавших в данной среде ранее или изменяющих естественную концентрацию до уровня, превышающего обычную норму.

Химическое загрязнение характеризуется высокой токсичностью и повсеместным распространением. Химическими веществами загрязняется атмосферный воздух, воздух рабочей зоны предприятий, природные и сточные воды, осадки, почвы, донные отложения, флора и фауна, пищевое сырье, продукты питания и биосубстраты (кровь, лимфа, слюна, моча, мышечные, костные и другие ткани, выдыхаемый воздух и т.п.), иначе говоря, все, что окружает человека и сам человек.

Общее количество вредных химических веществ включает несколько тысяч наименований. Установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ: в воздухе рабочей зоны - более 1300 наименований; в атмосферном воздухе - более 400 наименований, более 70 комбинаций вредных примесей и, кроме того, установлены ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) для 537 веществ (ОБУВ устанавливаются веществам, для которых не определены ПДК в атмосферном воздухе).

Для водоемов питьевого и культурно-бытового назначения установлены ПДК более 600 вредных веществ, а для водоемов рыбохозяйственного назначения - около 150 наименований веществ. Предельно допустимые концентрации в почвах установлены для 30 вредных веществ.

Распространенность химических загрязнителей настолько масштабна, что практически нет ни одной отрасли человеческой деятельности, не связанной с образованием и выбросом в окружающую среду вредных химических примесей. Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в атмосферу более 15 млрд. т углекислого газа, 200 млн. т окиси углерода, более 500 млн. т углеводородов, 120 млн. т золы, более 160 млн. т окислов азота и другие вещества. Общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу составляет более 19 млрд. т. При этом из всей массы загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу из антропогенных источников, 90% составляют газообразные вещества (оксиды серы, азота, углерода, тяжелых и радиоактивных металлов и др.), 10% составляют выбросы твердых и жидких веществ.

Химическое загрязнение воздушной среды представляет наибольшую опасность для человека и природной среды.

Контролируемые токсические вещества в зависимости от степени токсичности делятся на четыре классаопасности : чрезвычайно опасные, высокоопасные, умеренно опасные и малоопасные. Основной характеристикой степени опасности является значение величины зоны острого действия.

Зона острого действия - отношение средней смертельной концентрации вредного вещества к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменение биологических показателей на уровне целостного организма.

В 1991 г. сессия Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) приняла перечень отдельных экологически опасных химических веществ, процессов и явлений, оказывающих глобальное воздействие.

В перечень вошли следующие процессы и явления: подкисление; загрязнение воздуха; эвтрофикация; загрязнение нефтью; загрязнение, вызванное сельскохозяйственной деятельностью; загрязнение в результате воздействия промышленных химических веществ; отходы.

Некоторые химические проблемы, например, связанные с изменением климата и последствиями разрушения озонового слоя, не вошли в перечень, так как особо изучаются силами ЮНЕП и других организаций.

Подкисление ‑ процесс возникновения более кислой среды в одной или более областях биосферы.

Основным антропогенным фактором, обуславливающим подкисление, является выброс в атмосферу окислов серы и азота при сжигании ископаемых видов топлива, плавке богатых серой руд и сжигании биомассы.

Процессы, связанные с образованием кислотных дождей , оказывают воздействие на земные и водные экосистемы, жилые здания, здоровье человека. В почве происходит выщелачивание кальция и магния, сопровождаемое активацией ионов алюминия, марганца и др. металлов. Выщелоченные продукты поступают из пораженных почв в водные экосистемы, подкисляя их. Яркий пример подкисления - сокращение площади лесов. В экосистемах пресной воды существует связь между низким показателем рН и исчезновением рыб в озерах и гибелью речных рыб.

Загрязнение воздуха - является результатом наличия в помещении или за его пределами одного или более загрязняющих веществ в виде газа, аэрозоля или взвешенных частиц, которые наносят вред человеку, растениям, животным, имуществу или мешают нормальным условиям жизни.

Увеличение объема сжигаемого ископаемого топлива, урбанизация и активное использование транспорта сопровождаются увеличением выбросов загрязняющих веществ. Некоторые загрязнители переносятся на большие расстояния, поражая большое количество людей и сред обитания.

Сжигание ископаемых видов топлива приводит к образованию окислов углерода, серы, азота, органических соединений, а также взвешенных веществ (летучей золы, сажи).

Промышленные процессы и сельскохозяйственные работы также приводят к увеличению выбросов загрязняющих веществ. Особую озабоченность вызывают выбросы от сжигания отходов, а также выбросы побочных металлов в металлургической промышленности и фтора при производстве алюминия и кирпича.

Транспортные средства на бензиновом топливе являются главным источником окиси углерода, окислов азота, летучих органических соединений и свинца.

Транспортные средства на дизельном топливе приводят к загрязнению углеродистыми частицами и ПАУ.

Воздействие оксида углерода может вызывать сердечно-сосудистые нарушения и отклонения в деятельности нервной системы. Двуокись азота с озоном создает синергический эффект. Озон сказывается на работе легких, дыхательных путей, на снижении защитных функций организма, особенно при воспалительных процессах.

Фотохимические окислители и отдельные летучие органические соединения (например, толуол) вызывают раздражения глаз, слизистой оболочки, обусловливают нарушения центральной нервной системы. Двуокись углерода вызывает парниковый эффект и приводит к повышению средней глобальной температуры.

Двуокись серы, окислы азота, озон оказывают прямое воздействие на развитие растений различными путями. Это выражается в уменьшении первичной продуктивности экосистемы суши и в сокращении производства биомассы. Выбросы фтора наносят ущерб лесам, сельскохозяйственным растениям и пастбищным животным.

Двуокись серы и другие кислые газы вызывают коррозию металлов, разрушают поверхность камня и стекла, обесцвечивают бумагу, ткани и окисляют резину.

Эвтрофикация - является биологическим следствием роста концентраций неорганических питательных элементов растений и может протекать как в экосистемах суши, так и в водных экосистемах. Термин эвтрофикация определяется как чрезмерное удобрение озер, водоемов, равнинных рек и отдельных областей морских прибрежных вод питательными веществами (главным образом фосфорными и азотными соединениями), в результате чего происходит вредный рост материала водных растений. Это проявляется в ухудшении качества воды, приводит к расщеплению кислорода, уменьшению прозрачности воды, сокращению рыболовства, возможной гибели рыб, засорению водных путей и токсичным последствиям для людей и животных. Процессу эвтрофикации подвержено 30 - 40% озер и водоемов на планете.

Загрязнение нефтью воды и суши приобрело исключительные масштабы. В море ежегодно попадает около 3,2 млн. метрических тонн нефти. На суше и в пресной воде нефтяное загрязнение образуется за счет утечек и разливов на судах, нефтепроводах, нефтехранилищах, береговых сооружениях и грунтовых стоков. После попадания углеводородов в воду и почву они постепенно разлагаются бактериями.

Нефтепродукты губительно действуют на живые организмы. Наиболее чувствительны к воздействию углеводородов молодые организмы, при этом ракообразные уязвимы больше, чем рыбы. Из естественных экосистем наиболее уязвимы болота и мангровые леса. Воздействие на человека с мутагенными и канцерогенными последствиями проявляется на уровне популяции и сообщества.

Предотвращение глобального загрязнения нефтью и нефтепродуктами становится приоритетной задачей в глобальном масштабе.

Загрязнение, вызванное сельскохозяйственной деятельностью , является следствием интенсификации сельского хозяйства. Изменение системы землепользования является одним из основных источников активизации химических веществ, в частности, в результате эрозии.

Загрязнение, вызываемое сельскохозяйственной деятельностью, может оказать воздействие на воздух, воду и почвы. Минеральные и органические удобрения, пищевые добавки, превышающие возможность усвоения их сельскохозяйственными культурами, становятся источниками загрязнения окружающей среды. Высокий уровень загрязнений на местах зачастую является результатом сброса отходов ((солома, листья, корни и др.), сжигания их или компостирования.

Другой источник загрязнения - сброс отходов животноводства в поверхностные воды и на почву. Разбрасывание животных отходов по поверхности земли может привести к значительным выбросам аммиака, что, в свою очередь, приводит к подкислению почв и выделению окислов азота. Интенсивное применение минеральных удобрений вызывает увеличение выбросов в атмосферу NO X , получающихся в результате микробных реакций аммиака, нитратов и азота. Одновременно происходит увеличение выбросов метана.

В результате горения дерева в составе лесной биомассы увеличивается количество углекислого газа в атмосфере. Обезлесенная местность подвергается водной эрозии, в результате которой загрязняются реки, озера, водоемы.

Грамотное ведение сельскохозяйственного производства представляется одним из действенных путей снижения загрязнений окружающей среды.

Загрязнение, вызываемое химическими веществами, используемыми в промышленности, - образуется при попадании в окружающую среду цветных металлов, полигалоидированных органических соединений, растворителей и детергентов. К наиболее важным химическим загрязнителям относятся (по группе цветных металлов): кадмий, ртуть, свинец, мышьяк.

Отходы - материалы, которые больше не требуются человеку или промышленности. В настоящее время происходит увеличение объема и умножение структуры отходов, а также увеличение объема мусора (выбрасываемые предметы) на суше и воде.

Существуют три пути удаления отходов: химическая обработка, захоронение и сжигание. При этом продукты выщелачивания в местах захоронения и стоки с участков поверхности, покрытых сельскохозяйственными отходами, осадки сточных вод могут вызывать серьезное загрязнение воды, усиливая эвтрофикацию и разрушение кислорода в реках.

Проблема химического загрязнения планеты – одна из глобальных и актуальных экологических проблем. Экологическая часть химии исследует воздействие веществ на окружающую среду (воздух, воду, твердую кору, живые организмы).
Рассмотрим некоторые из этих проблем:
Кислотные осадки
Парниковый эффект
Общее загрязнение атмосферы
Озоновая дыра
Радиоактивное загрязнение.

Парниковый эффект

Парниковый эффект – процесс в атмосфере, при котором падающий видимый свет пропускается, а инфракрасный — поглощается, что повышает температуру у поверхности Земли и наносит вред всей природе. Загрязнение – избыток углекислого газа.

Это понятие было впервые сформулировано еще в 1863г. Тидаллом. В 1896г. С. Аррениус показал, что углекислый газ повышает температуру атмосферы на 5 0 С. В 70-ые годы 20 века доказано, что и другие газы дают парниковый эффект: углекислый газ — 50-60%, метан — 20%, оксиды азота — 5%.

На поверхность Земли поступает поток видимых лучей, через парниковые газы они проходят не изменяясь, а при встрече с Землей их часть трансформируется в длинноволновые инфракрасные лучи. Эти лучи задерживаются парниковыми газами и тепло остается на Земле.

В 1890г. – средняя температура планеты 14,5 0 С, в 1980 — 15,2 0 С. Опасность в тенденции роста. По прогнозам 2030-50 г. еще вырастет на 1,5-4,5 0 С.

Последствия:

Отрицательные: таяние вечных снегов и подъем уровня океана на 1,5м. затопление наиболее урожайных территорий, неустойчивая погода, ускорение темпов вымирания животных и растений, таяние вечной мерзлоты, что приведет к разрушению зданий, построенных на сваях.

Положительные: теплые зимы в северных областях нашей страны, некоторые преимущества для ведения с/х.

Разрушение озонового слоя

Разрушение озонового слоя – процесс понижения количества озона в атмосфере на высоте примерно 25 км (в стратосфере). Там озон и кислород взаимно переходят друг в друга (3О2↔2О3) под действием ультрафиолетового излучения Солнца и не пропускают это излучение к поверхности Земли, что спасает весь живой мир от исчезновения. Образование «озоновых дыр» вызывается фреонами и нитрозными газами, которые поглощают УФ-излучение вместо озона и нарушают равновесие.

Кислотные осадки

Кислотные дожди – атмосферные осадки, которые содержат кислоты из-за поглощения облаками диоксида серы и оксидов азота. Источник загрязнения – промышленный выброс газов, двигатели сверхзвуковых самолетов. Это приводит к повреждению лиственных растений, коррозии металлов, закислению почв и воды.

Кислотность природных водоемов и атмосферных осадков в норме, если рН 5,6 (из-за растворенного в воде СО 2)

Кислотные осадки –любые осадки кислотность которых выше нормы. Впервые были зарегистрированы в Англии в 1907-1908г. Сейчас бывают осадки с рН 2,2-2,3.

Источники кислотных осадков: кислотные оксиды: SO 2 , NO 2

Механизм образования кислотных осадков: газы+ пары воды образуют растворы кислот с рН< 7

Соединение серы в атмосферу попадают:
а) естественным путем т.е. биологические процессы разрушения, действие анаэробных бактерий заболоченных мест, вулканическая деятельность.
б) антропогенным -59-60% от общего количества выбросов в атмосферу, переработка разных видов топлива, работа предприятий металлургии, цементные работы, производство серной кислоты и др.

2 H 2 S + 3O 2 = 2H 2 O + 2SO 2

Оксиды азота поступают в атмосферу:
а) естественным путем –грозой, или под действием почвенных бактерий;
б) антропогенным — из-за деятельности автотранспорта, теплоэнергетических установок, производства минеральных удобрений, азотной кислоты, нитросоединений, взрывных работ.

2NO + O 2 = 2NO 2

При растворении оксида азота +4 в воде образуются две кислоты — азотная и азотистая, при окислении оксида азота +4 и взаимодействии с водой образуется азотная кислота.

2NO 2 + H 2 O = HNO 3 +HNO 2

4NO 2 + 2H 2 O+O 2 = 4HNO 3

Общее загрязнение атмосферы

Кроме перечисленных оксидов азота и серы в атмосферу выбрасываются еще и другие газы.

Углерод образует два оксида: углекислый и угарный газ.

Угарный газ — яд. Он образуется при неполном сгорании топлива.

Основные поставщики вредных газов — автомобили.

ПДК СО — 9 -10 мкг/м 3

Существует много других видов загрязнения окружающей среды, например сточные воды с токсичными отходами, вещества с высокой стойкостью (пестициды, тяжелые металлы, полиэтилен и т. д.) промышленные дым и пыль, автомобильный транспорт, танкеры с нефтью.

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

Введение

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

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).

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).

Воздействие химических веществ на окружающую среду

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.

Воздействия на отдельные особи и популяции

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).

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).

Влияние на экосистему

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).

Меры, которые проводятся для минимизации риска использования химических продуктов

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.

Технические мероприятия, используемые для предотвращения опасности промышленных выбросов

Для сокращения и уменьшения выбросов химических веществ на промышленных предприятиях необходимо проводить следующие меры:

Рассмотрим более подробно два последних пункта.

Борьба с загрязнением воды

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).

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).

Утилизация отходов.

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).

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.

Заключение

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.

Список используемой литературы

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.

Реферат

На тему:

ЭКОЛОГИЯ

ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Ученика 9 – Б класса

Г. Снежное

Корнеева Александра

План :

1. Химическое загрязнение атмосферы.

1.1. Основные загрязняющие вещества.

1.2. Аэрозольное загрязнение.

1.3. Фотохимический туман (смог).

1.4. Контроль за выбросами в атмосферу (ПД К).

2. Химическое загрязнение природных вод.

2.1. Неорганическое загрязнение.

2.2. Органическое загрязнение.

3. Загрязнение Мирового океана.

3.1. Нефть и нефтепродукты.

ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Во все времена своего существования человек был неразрывно связан с природой. Но с момента возникновения высокоиндустриального общества человек все больше стал вмешиваться в ее жизнь. На данном этапе это вмешательство грозит полным уничтожением природы. Постоянно расходуются невозобновимые виды сырья, число пахотных земель катастрофически сокращается, потому что они становятся местом строительства новых городов и промышленных предприятий. Человек стал все больше вмешиваться в функционирование биосферы - той части нашей планеты, где как раз и существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом необходимо отметить несколько наиболее важных процессов, каждый из которых ухудшает экологическую ситуацию на планете.

Наиболее сильно отражается на окружающей среде загрязнение продуктами химических преобразований. К ним можно отнести газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Также плохо отражается на атмосфере накопление углекислого газа, количество которого, к сожалению, все увеличивается. Это может привести в самом ближайшем будущем к увеличению среднегодовой температуры на Земле. Продолжается загрязнение Мирового океана нефтью и ее производными, которое охватило уже 1/5 всей поверхности океана.

Такая ситуация может стать причиной нарушения газо- и водообмена между атмосферой и гидросферой. Загрязнение почвы пестицидами и превышение кислотности могут привести к распаду экосистемы. Все эти процессы вызывают негативные изменения в биосфере.

Человек загрязняет атмосферу уже многие тысячелетия, и все же последствия использования огня были совсем невелики. Человеку надо было только примириться с тем, что дым не давал полностью вобрать воздух в легкие, или с тем, что жилища выглядели недостаточно уютно из-за сажи, покрывающей стены. Тепло, которое давал огонь, было нужнее и важнее, чем чистый воздух. В те времена такое загрязнение воздуха не было катастрофическим, потому что люди жили небольшими группками на девственной территории, раскинувшейся на тысячи километров. И даже когда позднее люди сосредоточивались в одном месте, они не могли серьезно влиять на окружающую среду.

Такое равновесие существовало примерно до девятнадцатого века. Промышленность начала развиваться ускоренными темпами, что повлекло за собой усиленное загрязнение окружающей среды. С каждым годом рождались все новые и новые города-миллионеры, появлялись новые изобретения.

Атмосфера загрязняется в результате воздействия трех основных факторов: промышленности, бытовых котельных и транспорта. В зависимости от места расположения доля каждого из трех источников загрязнения сильно колеблется. Однако общепризнанным является тот факт, что промышленное производство стало одним из самых грозных «обидчиков» окружающей среды. Источниками загрязнения становятся теплоэлектростанции, выбрасывающие вместе с дымом в атмосферу сернистый и углекислый газ. Также сюда можно отнести металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка. Сюда же относят и цементные, химические заводы. Вредные газы оказываются в воздухе в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Основные загрязняющие вещества

Атмосферные загрязнители можно разделить на первичные, поступающие прямо в атмосферу, и вторичные, которые являются результатом метаморфозы последних. Например, попадающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, взаимодействующего с парами воды, и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком формируются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, возникают и другие вторичные загрязняющие вещества. Основным источником пирогенного загрязнения на планете стали тепловые элек­тростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% добываемого твердого и жидкого топлива. Основные вредные примеси пирогенного происхождения следующие:

а) оксид углерода. Он возникает при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздухе оказывается в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн.т. Оксид углерода - это соединение, активно реагирующее с составными частями атмосферы, он способствует повышению температуры на планете и созданию парникового эффекта.

б) сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн т в год). Часть соединений серы может выделиться при горении органических остатков в горнорудных отвалах. 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 становится 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 наблюдается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 1км от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны небольшими некротическими пятнами, образовавшимися в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС каждый год выбра­сывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

г) сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу отдельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса становятся предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие заводы, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями медленно окисляются до серного ангидрида.

д) окислы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество окислов 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. Фторсодержащие 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, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере наблюдаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

В металлургической индустрии при выплавке чугуна и переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т предельного чугуна выделяется 2,7кг сернистого газа и 4,5кг пылевых частиц, которые состоят из соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Аэрозольное загрязнение

Аэрозоли представляют собой твердые или жидкие частицы, которые находятся в воздухе во взвешенном состоянии. Твердые компоненты аэрозолей нередко очень опасны для живых организмов, у людей они порождают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения можно наблюдать в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей формируется 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.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха в настоящее время являются ТЭС, потребляющие 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 можно найти соединения кремния, кальция и углерода, гораздо реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще более разнообразна органическая пыль, которая включает в себя 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 стали промышленные отвалы - искусственные насыпи из переработанного материала, главным образом вскрышных пород, полученных при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов становятся массовые взрывные работы. Известно, что 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 шихты, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов - всегда сопровождаются выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они могут подвергаться различным превращениям, окислению, полимеризации, особенно если начнут взаимодействовать с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. Результатом этих реакций становится появление перекисных соединений, свободных радикалов, соединений углеводородов с оксидами азота и серы, часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях в приземном слое воздуха могут формироваться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей. Обычно это случается, когда в слое воздуха прямо над источниками газопылевой эмиссии происходит инверсия - расположение слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует движению воз­душных масс и задерживает перенос примесей вверх. В итоге вредные выбросы концентрируются 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 - это многокомпонентная смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. Основными компонентами смога являются озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения пер кисной природы, которые в совокупности называются фотооксидантами. Фотохимический смог образуется 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 повышенной не менее суток инверсии. Устойчивая безветренная погода, которая обычно сопровождается инверсиями, нужна для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия возникают чаще в июне-сентябре и реже зимой. Во время продолжительной ясной погоды солнечная радиация становится причиной расщепления молекул диоксида азота и образует оксид азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом образуют озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не случается. 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 продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительное количество озона. Начинается циклическая реакция, результатом которой становится постепенное накапливание озона. Этот процесс в ночное время прерывается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере скапливаются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние становятся источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реактивной способностью. 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 систем и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Контроль за выбросами в атмосферу загрязняющих веществ (ПДК )

ПДК (предельно допустимые концентрации) - такие концентрации, которые на человека и его потомство не оказывают прямого или косвенного воздействия, не ухудшают его работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых усло­вий жизни людей. Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, происходит в ГГО - Главной геофизической обсерватории. Чтобы по результатам наблюдений определить загрязнение воздуха, измеренные значения концентраций сопоставляют с максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и устанавливают 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. Загрязнение воздуха несколькими веществами оценивается с помощью комплексного показателя - индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующие 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 (окислы азота и серы), Бишкеке (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 формируется очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов многих специфических веществ до сих пор остается нерешенной.

ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД

Всякий водоем или водный источник соотнесен с окружающей его внешней средой. На него влияют условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Результатом этих влияний становится привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Обычно выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды 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, поверхностно-активные вещества, пестициды).

Неорганическое загрязнение

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод стали многообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них оказывается в воде вследствие человеческой деятельности. Тяжелые металлы впитываются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам.

К опасным загрязнителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обусловливающие широкий диапазон 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. К основным источникам загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует отнести предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн. т солей. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь, собраны в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью существенно снижает первичную продукцию морских экосистем, сдерживая развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно сосредоточиваются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов.

Органическое загрязнение

Среди попадающих 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, которые содержат суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на со­стояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняет также проникновение света в глубь воды и замедляет процесс фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все вещества, 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. Возрастающее загрязнение водоемов и водостоков отмечается во всех промышленных странах.

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 снизиться ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ МИРОВОГО ОКЕАНА

Нефть и нефтепродукты

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость темно-коричневого цвета и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса.

1. 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.

2. 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.

3. Ароматические углеводороды (20-40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов водорода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молеку лой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические (пирен).

4. 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-х 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 становится причиной наличия 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 годы 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 видеопленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно опреде­лить ее толщину.

Нефтяная пленка видоизменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 1-10% (280 нм), 60-70% (400 нм). Пленка толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть формирует эмульсию двух типов: прямую - «нефть в воде» и обратную - «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные из капелек нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, которая содержит поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут оставаться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

Введение

Химические вещества являются частью нашей повседневной жизни. Вся одушевленная и неодушевленная материя состоит из химических веществ, а изготовление практически каждого промышленного товара предполагает использование химических веществ. Многие химические вещества, если они используются надлежащим образом, в значительной степени способствуют улучшению качества нашей жизни, здоровья и повышению уровня благополучия. Но есть чрезвычайно опасные химические вещества, которые в случае их ненадлежащего регулирования могут пагубно влиять на наше здоровье и окружающую среду.

Несмотря на то, что в последние годы содержание в атмосферном воздухе российских городов и промышленных центров таких вредных примесей, как взвешенные вещества, диоксид серы, существенно уменьшилось (в связи со значительным спадом производства), влияние выбросов промышленности на здоровье человека продолжает оказывать существенное воздействие.

В автомобильных двигателях внутреннего сгорания в мире ежегодно сжигается около 2 млрд. т. нефтяного топлива. При этом коэффициент полезного действия в среднем составляет 23%, остальные 77% уходят на обогрев окружающей среды.

В природно-техногенной среде редко встречается изолированное действие вредных факторов, обычно человек подвергается совокупномy их воздействию.

химическое вещество загрязнение организм

Химическое загрязнение окружающей среды

Любое химическое загрязнение - это появление химического вещества в непредназначенном для него месте. Загрязнения, возникающие в процессе деятельности человека, являются главным фактором его вредного воздействия на природную среду и здоровье человека.

Химические загрязнители могут вызывать острые отравления, хронические болезни, а также оказывать канцерогенное и мутагенное действие. Например, тяжелые металлы способны накапливаться в растительных и животных тканях, оказывая токсическое действие. Кроме тяжелых металлов, особо опасными загрязнителями являются хлордиоксины, которые образуются из хлорпроизводных ароматических углеводородов, используемых при производстве гербицидов. Источниками загрязнения окружающей среды диоксинами являются и побочные продукты целлюлозно-бумажной промышленности, отходы металлургической промышленности, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Эти вещества очень токсичны для человека и животных даже при низких концентрациях и вызывают поражение печени, почек, иммунной системы.

Наряду с загрязнением окружающей среды новыми для нее синтетическими веществами, большой ущерб природе и здоровью людей может нанести вмешательство в природные круговороты веществ за счет активной производственной и сельскохозяйственной деятельности, а также образования бытовых отходов.

Вначале деятельность людей затрагивала лишь живое вещество суши и почву. В 19 веке, когда начала бурно развиваться индустрия, в сферу промышленного производства начали вовлекаться значительные массы химических элементов, извлекаемых из земных недр. При этом воздействию стала подвергаться не только наружная часть земной коры, но также природные воды и атмосфера.

В середине 20 века некоторые элементы стали использоваться в таком количестве, которое сопоставимо с массами, вовлеченными в природные круговороты. Низкая экономичность большей части современной индустриальной технологии привела к образованию огромного количества отходов, которые не утилизируются в смежных производствах, а выбрасываются в окружающую среду. Массы загрязняющих отходов столь велики, что создают опасность для живых организмов, включая человека.

Хотя химическая промышленность не является главным поставщиком загрязнений (рис. 1), для нее характерны выбросы, наиболее опасные для природной среды, человека, животных и растений (рис.2). Термин "опасные отходы" применяют к любого рода отходам, которые могут нанести вред здоровью или окружающей среде при их хранении, транспортировке, переработке или сбросе. К ним относятся токсичные вещества, воспламеняющиеся отходы, отходы, вызывающие коррозию и другие химически активные вещества.

В зависимости от особенностей циклов массообмена загрязняющий компонент может распространяться на всю поверхность планеты, на более или менее значительную территорию или иметь локальный характер. Таким образом, экологические кризисы, являющиеся результатом загрязнения окружающей среды, могут быть трех сортов - глобальные, региональные и локальные

Одной из проблем, имеющих глобальный характер, является возрастание содержания в атмосфере углекислого газа в результате техногенных выбросов. Наиболее опасным последствием этого явления может стать повышение температуры воздуха благодаря "парниковому эффекту". Проблема нарушения глобального цикла массобмена углерода уже переходит из области экологии в экономические, социальные и, в конце концов, политические сферы.

В декабре 1997 в г. Киото (Япония) был принят Протокол к рамочной конвенции Организации объединенных наций об изменении климата (датированной маем 1992 года). Главное в Протоколе - количественные обязательства развитых стран и стран с переходной экономикой, включая Россию, по ограничению и снижению выбросов парниковых газов, прежде всего СО 2 , в атмосферу в 2008-2012 годах. У России разрешенный уровень выбросов парниковых газов на эти годы - 100% от уровня 1990 года. Для стран ЕС в целом он составляет 92%, для Японии - 94%. У США предполагалось 93%, однако эта страна отказалась участвовать в Протоколе, поскольку снижение выбросов углекислого газа означает понижение уровня выработки электроэнергии и, следовательно, стагнацию промышленности. 23 октября 2004 года Государственная Дума России приняла решение о ратификации Киотского Протокола.

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. Техногенные оксиды серы распределяются неравномерно и наносят ущерб отдельным районам. За счет переноса воздушных масс они зачастую пересекают границы государств и оказываются на территориях, удаленных от индустриальных центров.

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 локальных характер, они затрагивают многих людей, компактно проживающих на таких территориях. Кроме того, наносится ущерб окружающей природе.

Одним из основных загрязнителей окружающей среды является сельскохозяйственное производство. В систему круговорота химических элементов искусственно вводятся значительные массы азота, калия, фосфора в виде минеральных удобрений. Их избыток, не усвоенный растениями, активно вовлекается в водную миграцию. Накопление соединений азота и фосфора в природных водоемах вызывает усиленный рост водной растительности, зарастание водоемов и загрязнение их мертвыми растительными остатками и продуктами разложения. Кроме того, аномально высокое содержание растворимых соединений азота в почве влечет за собой повышение концентрации этого элемента в сельскохозяйственных продуктах питания и питьевой воде. Это может вызвать серьезные заболевания людей.

Загрязнителями воды являются и органические отходы. На их окисление расходуется дополнительное количество кислорода. При слишком низком содержании кислорода нормальная жизнь большинства водных организмов становится невозможной. Аэробные бактерии, которым необходим кислород, также погибают, вместо них развиваются бактерии, использующие для своей жизнедеятельности соединения серы. Признаком появления таких бактерий является запах сероводорода - одного из продуктов их жизнедеятельности.

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 (рис. 3).

Основными мерами борьбы с загрязнением атмосферы являются: строгий контроль выбросов вредных веществ. Нужно заменять токсичные исходные продукты на нетоксичные, переходить на замкнутые циклы, совершенствовать методы газоочистки и пылеулавливания. Большое значение имеет оптимизация размещения предприятий для уменьшения выбросов транспорта, а также грамотное применение экономических санкций.

Большую роль в защите окружающей среды от химических загрязнений начинает играть международное сотрудничество. В 1970-е годы в озоновом слое, защищающем нашу планету от опасного действия ультрафиолетового излучения Солнца, было обнаружено снижение концентрации О 3 . В 1974 году установили, что озон разрушается под действием атомарного хлора. Одним из основных источников хлора, попадающего в атмосферу, являются хлорфторпроизводные углеводородов (фреоны, хладоны), используемые в аэрозольных баллонах, холодильниках и кондиционерах. Разрушение озонового слоя происходит, возможно, не только под действием этих веществ. Тем не менее, были предприняты меры по уменьшению их производства и использования. В 1985 году многие страны договорились о защите озонового слоя. Обмен информацией и совместные исследования изменений концентрации атмосферного озона продолжаются.

Проведение мероприятий, предупреждающих попадание загрязняющих веществ в водоемы, включает установление прибрежных защитных полос и водоохранных зон, отказ от ядовитых хлорсодержащих пестицидов, уменьшение сбросов промышленных предприятий за счет применения замкнутых циклов. Снижение опасности загрязнения нефтью возможно путем повышения надежности танкеров.

Для предотвращения загрязнения поверхности Земли нужны предупредительные меры - не допускать засорения почв промышленными и бытовыми сточными водами, твердыми бытовыми и промышленными отходами, нужна санитарная очистка почвы и территории населенных мест, где такие нарушения были выявлены.

Наилучшим решением проблемы загрязнения окружающей среды были бы безотходные производства, не имеющие сточных вод, газовых выбросов и твердых отходов. Однако безотходное производство сегодня и в обозримом будущем принципиально невозможно, для его реализации нужно создать единую для всей планеты циклическую систему потоков вещества и энергии. Если потери вещества, хотя бы теоретически, все же можно предотвратить, то экологические проблемы энергетики все равно останутся. Теплового загрязнения нельзя избежать в принципе, а так называемые экологически чистые источники энергии, например ветряные электростанции, все равно наносят ущерб окружающей среде.

Пока единственным путем существенного уменьшения загрязнения окружающей среды являются малоотходные технологии. В настоящее время создаются малоотходные производства, в которых выбросы вредных веществ не превышают предельно допустимых концентраций (ПДК), что не приведет к ухудшению здоровья населения, а отходы не приводят к необратимым изменениям природы. Используется комплексная переработка сырья, совмещение нескольких производств, применение твердых отходов для изготовления строительных материалов.

Создаются новые технологии и материалы, экологически чистые виды топлива, новые источники энергии, снижающие загрязнение окружающей среды .