Химическое загрязнение среды

2.7. 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 температуры 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 упрощению экосистемы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.Химическое загрязнение природных вод

3.1. 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.

    Кроме перечисленных веществ, к опасным  заразителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и осно 12 вания, обуславливающие широкий диапазон рН промышленных стоков  и способных изменять рН водной среды до значений 15,0 или выше 18,0 , 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 16 млн.т. солей. К 2000 году возможно увеличение их массы до 112 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. 
 

3.2. 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.  Сточные воды,  содержащие суспензии органического происхождения  или растворенное органическое вещество, пагубновлияютна 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 приводят 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.

    Количество  в мировом стоке загрязняющих веществ, млн.т./год:

    1. Нефтепродукты                                              26,563

    2. Фенолы                                                             0,460

    3. Отходы  производств

    синтетических волокон                                     5,500

    4. Растительные  органические остатки         0,170

    5. Всего                                                                   33,273

    В связи  с быстрыми темпами урбанизации  и несколько  замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и  почва загрязняются бытовыми отходами.  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. 
 
 
 
 
 

4. Загрязнение почвы

4.1. Пестициды, как загрязняющий фактор

    Открытие  пестицидов - химических средств защиты растений и животных от различных  вредителей  и болезней - одно из важнейших достижений современной  науки. Однако в результате длительного  применения пестицидов в сельском хозяйстве, медицине почти повсеместно отличается снижение из эффективности вследствие развития резистентных рас  вредителей и распространению "новых" вредных  организмов, естественные враги и  конкуренты которых были  уничтожены пестицидами.  Неумеренное применение пестицидов (гербицидов,  инсектицидов, дефолиантов) негативно влияет на качество почвы. 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. 
 

4.2. Кислотные дожди

    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, уг лей,  газа в индустрии, в сельском хозяйстве, в быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление в атмосферу оксилов серы,  азота, сероводорода и оксида углерода.

5. Химическое загрязнение атмосферы

5.1. 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. 
 

5.2. Аэрозольное загрязнение

    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:

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ  ПРОЦЕСС ВЫБРОС ПЫЛИ, МЛН.Т/ГОД

1. Сжигание каменного  угля                        93,600

2. Выплавка чугуна                                   20,210

3. Выплавка меди (без  очистки)              6,230

4. Выплавка цинка                                   0,180

5. Выплавка олова  (без очистки)                  0,004

6. Выплавка свинца                                     0,130

7. Производство цемента                          53,370 
 

    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.