- Загрязнение воздуха
Химическое загрязнение
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 непомерно 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 загрязнения - 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
серосодержащего 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
с 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.
Основными источниками искусственных
аэрозольных загрязнения 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.
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 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. 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 (смог) 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 снова превращаться 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 продолжающейся
диссоциации новые массы диоксида азота
расщепляются 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
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 способностью.
По своему физиологическому
воздействию на организм человека смоги
крайне опасны для дыхательной и кровеносной
системы и часто бывают причиной преждевременной
смерти городских жителей с ослабленным
здоровьем.
- Загрязнение пресных вод
Загрязнение пресных
вод — попадание различных загрязнителей в воды рек, озер, подземные воды. Происходит при прямом или
непрямом попадании загрязнителей в воду
в отсутствие адекватных мер по очистке и удалению вредных веществ.
В большинстве случаев загрязнение пресных вод остаётся невидимым, поскольку загрязнители растворены в воде. Но есть и
исключения: пенящиеся моющие средства,
а также плавающие на поверхности нефтепродукты и неочищенные стоки. Есть несколько
природных загрязнителей. Находящиеся
в земле соединения алюминия попадают
в систему пресных водоёмов в результате химических
реакций. Паводки вымывают из почвы лугов соединения
магния, которые наносят огромный ущерб
рыбным запасам. Однако объём естественных
загрязняющих веществ ничтожен по сравнению
с производимыми человеком. Ежегодно в водные бассейны
попадают тысячи химических веществ с
непредсказуемым действием, многие из
которых представляют собой новые химические
соединения. В воде могут быть обнаружены
повышенные концентрации токсичных тяжелых
металлов (как кадмия, ртути, свинца, хрома),
пестициды, нитраты и фосфаты, нефтепродукты,
поверхностно-активные вещества (ПАВы). Как известно, ежегодно в моря
и океаны попадает до 12 млн тонн нефти.
Определенный вклад в повышение концентрации
тяжелых металлов в воде вносят и кислотные
дожди. Они способны растворять в грунте
минералы, что приводит к увеличению содержания
в воде ионов тяжелых металлов. С атомных
электростанций в круговорот воды в природе
попадают радиоактивные отходы. Сброс
неочищенных сточных вод в водные источники
приводит к микробиологическим загрязнениям
воды. По оценкам Всемирной организации
здравоохранения (ВОЗ) 80 % заболеваний в мире вызваны
неподобающим качеством и антисанитарным
состоянием воды. В сельской местности
проблема качества воды стоит особенно
остро — около 90 % всех сельских жителей
в мире постоянно пользуются для питья
и купания загрязненной водой.
Загрязнение реки
нерастворимым осадком
Загрязнители попадают в
пресную воду различными путями: в
результате несчастных случаев, намеренных
сбросов отходов, проливов и утечек.
Крупнейший потенциальный
источник загрязнения — фермерские хозяйства,
занимающие в Англии и Уэльсе почти 80 %
земель. Часть покрывающего почву необработанного
навоза животных проникает в источники
пресной воды.
Кроме того, фермеры Англии
и Уэльса ежегодно вносят в почву
2,5 млн тонн азота, фосфора и калия, и часть
этих удобрений попадает в пресную воду.
Некоторые из них — стойкие органические
соединения, проникающие в пищевые цепи
и вызывающие экологические проблемы.
Сегодня в Великобритании свёртывают
производствохлорорганических
соединений, выпускаемых в больших количествах
в 1950-е гг.
Всё большую угрозу для
пресноводных водоёмов представляют стоки,
сбрасываемые рыбоводческими хозяйствами,
ввиду широкого применения ими фармацевтических
средств борьбы с болезнями рыб.
Быстрое загрязнение подземных
вод вокруг городов. Источник - возрастающее
число загрязненных скважин вследствие
неправильной эксплуатации.
Лесные хозяйства и открытый дренаж —
источники большого количества веществ,
попадающих в пресную воду, в первую очередь
железа, алюминия и кадмия. С ростом деревьев
кислотность лесной почвы увеличивается,
и проливные дожди образуют очень кислые
стоки, губительные для живой природы.
Попав в реку, навозная жижа
может стать причиной серьёзной
экологической катастрофы, так как
её концентрация в 100 раз больше, чем
у сточных вод, обработанных на очистных
сооружениях.
Атмосферное загрязнение
пресной воды особенно пагубно. Есть
два вида таких загрязнителей: грубодисперсные
(зола, сажа, пыль и капельки жидкости) и газы(сернистый газ и закись азота). Все они — продукты промышленной
или с/х деятельности. Когда в дождевой
капле эти газы соединяются с водой, образуются
концентрированные кислоты — серная и
азотная.
Распространение загрязнителей
Загрязнение вод
бытовым мусором
Твёрдые и жидкие загрязняющие
вещества попадают из почвы в источники
водоснабжения в результате т. н.
выщелачивания. Небольшие количества
сваленных на землю отходов растворяются
дождём и попадают в грунтовые воды, а
затем в местные ручьи и реки. Жидкие отходы
быстрее проникают в источники пресной
воды. Растворы для опрыскивания сельскохозяйственных
культур либо теряют свою активность при
контакте с почвой, либо попадают в местные
реки, либо выщелачиваются в земле и проникают
в грунтовые воды. До 80 % таких растворов
тратятся впустую, так как попадают не
на объект опрыскивания, а в почву.
Время, требуемое для проникновения
загрязнитёлей (нитратов или фосфатов)
из почвы в грунтовые воды, точно
неизвестно, но во многих случаях этот
процесс может длиться десятки
тысяч лет. Загрязняющие вещества, поступающие
в окружающую среду от промышленных
предприятий, называют промышленными
стоками и выбросами.
Все большую актуальность
приобретает загрязнение подземных
вод. С помощью современных технологий
человек все интенсивнее использует
подземные воды, истощая и загрязняя
их. Вокруг городов бурно развивается
частное строительство жилья
и мелких предприятий, с автономным
водоснабжением. Например, в Подмосковье
ежедневно бурится от 50 до 200 скважин
разной глубины. По разным причинам (незнанию
например), подавляющее большинство
скважин, эксплуатируется без соблюдения
правил пользования такими источниками
воды.Это приводит к быстрому локальному
загрязнению подземных вод этого
региона.
Определение уровня загрязнения
На загрязнение могут
указывать такие признаки, как
мёртвая рыба, но есть и более
сложные методы его обнаружения.
Загрязнение пресной воды измеряется
в показателях биохимической
потребности в кислороде (БПК) — то есть
сколько кислорода поглощает загрязнитель
из воды. Этот показатель позволяет оценить
степень кислородного голодания водных
организмов.
Свинец встречается в пресной воде
в растворённом виде. Один из источников
свинцового загрязнения — рыболовные
грузила, которые постоянно выбрасывают
при запутывании лески. От свинца сильно
страдают лебеди, проглатывающие грузила
вместе с водорослями. Он остаётся в желудке
птиц, постепенно растворяясь и вызывая
их смерть. «Сломанная шея» (когда мышцы
не могут держать длинную шею птицы, и
в результате она медленно умирает от
голода) является признаком свинцового
отравления. Другой тяжёлый металл, кадмий,
проникает в пресноводную среду, поражает
рыб, а через них попадает в организм человека.
- Загрязнение мирового океана
Сушу и океан связывают реки, впадающие в
моря и несущие различные загрязнители.
Не распадающиеся при контакте с почвой
химические вещества, такие какнефтепродукты, нефть, удобрения (особенно нитраты и фосфаты), инсектициды и гербициды в результате выщелачивания
попадают в реки, а затем в океан. В итоге
океан превращается в место сброса этого
«коктейля» из питательных веществ и ядов.
