Химическое загрязнение окружающей среды обусловлено следующими факторами:
- повышением концентрации биогенных элементов из-за канализационных сбросов и стока с полей удобрений, вызывающих бурное развитие водорослей и нарушение баланса в существующих экосистемах;
- отравлением воды, почвы и воздуха отходами химических производств;
- воздействием на воду и почву продуктов сжигания топлива, снижающих качество воздуха и вызывающих кислотные дожди;
- потенциальным заражением воздуха, воды и почвы радиоактивными отходами, образующимися при производстве ядерного оружия и атомной энергии;
- выбросами углекислого газа и химических веществ, снижающих содержание озона, что может привести к изменению климата или образованию озоновых дыр.
Загрязнение атмосферы
Главным источником загрязнения атмосферы являются предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции и автомобильный транспорт. Выбросы в атмосферу содержат оксиды углерода, азота и серы, углеводороды, соединения металлов и пыль.
При попадании в атмосферу углерод постоянно переходит из органических соединений в неорганические и наоборот. Это проявляется как в процессе фотосинтеза – образовании органических соединений из CO 2 и воды в растениях под действием света, так и при дыхании человека и животных – кислород воздух при дыхании переходит в CO 2 , который возвращается в атмосферу.
Сжигание топлива, приводящее к образованию огромных количеств CO 2 и пыли, оказывает негативное воздействие на круговорот углерода в природе, создавая т.н. «парниковый эффект», который в свою очередь способен привести к изменению климата Земли за счет «глобального потепления».
Выделение в атмосферу пыли оказывает противоположный эффект – запыленность атмосферы задерживает излучение Солнца, чем может вызвать понижение температуры на Земле, т.н. «второй ледниковый период».
За счет обжига сульфидных руд на предприятиях цветной металлургии, а также работы тепловых электростанций в атмосферу попадает огромное количество SO 2 . Увеличение SO 2 , а также других оксидов неметаллов, в атмосфере вызывает образование т.н. «кислотных дожей» (рис. 1), оказывающих губительное действие на водные ресурсы планеты, вызывая гибель их обитателей, разрушает строительные материалы и памятники архитектуры.
Рис. 1 Кислотные осадки и их влияние на экосистему.
Составные части выхлопных газов автомобилей (CO, SO 2 , оксиды азота, тяжелые металлы) наносят огромный вред флоре и фауне планеты, а также могут быть причиной образования фотохимического смога, образование которого можно представить следующим образом:
2NO + O 2 =2NO 2 (окисление NO, выделяющегося с выхлопными газами)
NO 2 + O 2 = NO + O 3 (распад NO 2 под действием УФ-излучения солнца)
Образующийся в результате озон может вступать в реакции с углеводородами, находящимися в атмосфере, тем самым приводя к образованию смога.
Сжигание топлива, мусора, а также работа металлургической промышленности – основные источниками загрязнения атмосферы тяжелыми металлами, такими, как Zn, Co, Ni, U, Sn, Ge, Pb, Be, V, Hg, Mo, As и др.
Рассмотрим негативное воздействие присутствия тяжелых металлов в атмосфере на организм человека и окружающую среду на примере свинца, поскольку этот металл обладает кумулятивными (накопительными) свойствами. Свинец оказывает воздействие на ферментные системы и обмен веществ, способен накапливаться не только в организме человека, но и в морских отложениях, и в пресной воде.
Свинец вызывает обширные патологические изменения в нервной системе, крови, сосудах, активно влияет на синтез белка, энергетический обмен клетки и её генетический аппарат, подавляет кровообразование; нарушает белковый и углеводный обмены, способен заменять кальций в костях. Соединения свинца могут вызвать мутации и репарации ДНК.
Загрязнение водных ресурсов
Количество растворенного в воде кислорода – один из важнейших показателей качества воды, поскольку он необходим для жизни обитателей водоемов. При избыточном присутствии в воде органических веществ количество растворенного кислорода уменьшается, в результате чего происходит гибель рыбы и других обитателей водоемов, в вода приобретает гнилостный запах (процесс разложения органических веществ вместо аэробных бактерий осуществляют анаэробные, в результате чего выделяется CH 4 , NH 3 , H 2 S и PH 3).
Большой вред водным ресурсам наносят растворенные в воде минеральные удобрения, смываемые с поверхности почвы (нитраты, фосфаты и др.), вызывающие бурное развитие сорной травы и водорослей, что приводит к засорению водоемов и их гибели.
Промышленные сточные воды, содержащие огромное количество ядовитых для обитателей водоемов веществ, также оказывают негативное влияние на водные ресурсы планеты.
Загрязнение почв
Основная проблема, полученная человеком в результате загрязнения почв – её эрозия, т.е. разрушение плодородного слоя.
Применение минеральных азотных удобрений сильно загрязняет почву, поскольку нитраты накапливаются не только в почвах, но и в растениях, что приводит к ухудшению качества выращиваемой с/х продукции и отрицательному их действию на здоровье человека и животных. Нерациональное применение пестицидов также оказывает отрицательное воздействие на почву, среди которых наибольший вред наносят хлорорганические соединения (полихлорпинен, ДДТ).
Различные предприятия промышленности, а также транспортные магистрали в разной степени оказывают вредное воздействие на почву, путем ее загрязнения тяжелыми металлами (Pd, Cd, Cu, Zn, Hg, Bi), халькогенами (Se, Те и др.) и галогенами (F, Вг и др.).
Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов - одна из важнейших проблем, стоящих перед человечеством. Она теснейшим образом связана со всей хозяйственной деятельностью людей, оказывающей глубокое, нередко губительное воздействие на биосферу, ее геохимические, экологические и другие функции поступательного развития, сохранение равновесного природного состояния и т.д. Зачастую происходит формирование окружающей среды, не благоприятствующей нормальной жизни человека, растений и животных.
Под загрязнением окружающей среды понимают любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потока энергии со снижением продуктивности или нарушением данной экосистемы.
Показатели влияния предприятия на состояние окружающей среды:
1) Влияние на воздушные ресурсы.
2) Влияние на водные ресурсы.
3) Влияние на земельные ресурсы.
4) Влияние на материальные ресурсы и отходы производства.
5) Экологичность выпускаемой продукции.
Загрязнение воздуха.
Основные причины загрязнения атмосферы – сжигание природного топлива и металлургическое производство. Если в XIX веке поступающие в окружающую среду продукты сгорания угля и жидкого топлива почти полностью ассимилировались растительностью Земли, то в настоящее время содержание вредных продуктов сгорания неуклонно возрастает. Из печей, топок, выхлопных труб автомобилей в воздух попадает целый ряд загрязняющих веществ. Среди них особенно выделяется сернистый ангидрид – ядовитый газ, легко растворимый в воде. Концентрация сернистого газа в атмосфере особенно высока в окрестностях медеплавильных заводов. Он вызывает разрушение хлорофилла, недоразвитие пыльцевых зерен, засыхание, опадание листьев хвои. Часть SO2 окисляется до серного ангидрида. Растворы сернистой и серной кислот, выпадая с дождями на поверхность Земли, причиняют вред живым организмам, разрушают здания. Почва приобретает кислую реакцию, из нее вымывается перегной (гумус) – органическое вещество, содержащее компоненты, необходимые для развития растений. Кроме того, в ней снижается количество солей кальция, магния, калия. В кислых почвах уменьшается и число обитающих в ней видов животных, замедлена скорость разложения. Все это создает неблагоприятные условия для роста растений. Каждый год в результате сжигания топлива в атмосферу поступают миллиарды тонн CO2 . Половина диоксида углерода, образующегося при сгорании ископаемого топлива, поглощается океаном и зелеными растениями, половина остается в воздухе. Содержание CO2 в атмосфере постепенно возрастает и за последние 100 лет увеличилось более чем на 10 %. CO2 препятствует тепловому излучению в космическое пространство, создавая так называемый «парниковый эффект». Изменение содержания CO2 в атмосфере в значительной мере влияет на климат Земли. Промышленные предприятия и автомобили служат причиной поступления атмосферу многих ядовитых соединений – оксид азота, оксида углерода, соединений свинца (каждый автомобиль выделяет за год 1 кг свинца), различных углеводородов – ацетилена, этилена, метана, пропана, и др. Вместе с капельками воды они образуют ядовитый туман – смог, вредно действующий на организм человека, на растительность городов. Жидкие и твердые частицы (пыль), взвешенные в воздухе, уменьшают количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Так, в больших городах солнечная радиация уменьшается на 15 %, ультрафиолетовое излучение – на 30 % (а в зимние месяцы оно может совсем исчезнуть).
Меры по предотвращению загрязнений атмосферного воздуха.
Огромное значение приобретают работы по очистке воздуха и его охране. Эффективный путь снижения вредных выбросов в атмосферу - внедрение безотходных и малоотходных производственных технологических процессов, повышение эффективности действующих установок очистки воздуха, внедрение замкнутых воздушных циклов с частичной рециркуляцией воздуха. Промышленные агрегаты, особенно вновь вводимые, должны быть оборудованы пыле- и газоулавливающими средствами. В целом защита атмосферного воздуха от загрязнений должна проводиться не только в региональном или местном масштабе, но и в первую очередь в глобальном, поскольку воздух не знает никаких границ и находится в вечном движении.
Водные ресурсы: рациональное использование и охрана.
Основным источником загрязнения являются промышленные и коммунальные канализационные стоки, смыв с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты, дренажные воды систем орошения, стоки животноводческих ферм, попадающие в воду с осадками и ливневыми стоками аэрогенных загрязнений. Среди загрязнителей наибольшую опасность представляют фенолы, нефть и нефтепродукты, соли тяжелых металлов, радионуклиды, пестициды и др. органические яды, органика, насыщенная бактериями, минеральные удобрения и т.д. Общая масса основных антропогенных загрязнителей гидросферы достигла 15 млд. тонн в год. Большая часть этих загрязнителей приходится на реки, где средняя их концентрация достигла 400 мг/л. Сброс канализационных стоков, особенно неочищенных или недостаточно очищенных оказывает отрицательное влияние на круговорот органического вещества в водоеме, грозит опасностью инфекционных заболеваний, в первую очередь человека.
Меры по охране воды:
Создание безотходных технологических процессов;
Не допускать смыва почвы, поступления агрохимикатов в реки и озера;
Применение высокой агротехники, правильное проведение пахоты и в целом обработки почвы;
Организация водопоя домашних животных, утилизация навоза;
Борьба с потерями нефтепродуктов при перевозке;
Контроль за ПДК;
Научное обоснование и долгосрочное прогнозирование водного хозяйства города, области, региона, и связанные с этим изменения в природной среде, оптимальное планирование и последовательное осуществление разумного водохозяйственного строительства, систематизация подхода к решению вопроса мониторинга, прогнозированию.
Земельные ресурсы: рациональное использование и охрана.
Процессы и явления, снижающие почвенное плодородие, разрушающие земельные ресурсы страны, уменьшающие площадь с/х земель, с некоторой условностью можно разделить на 4 группы:
1) природные процессы, неблагоприятное воздействие которых на почвенный покров предотвратить нельзя (землятресение, извержение вулканов, карсты, смывание почв на склонах и т.д.).
2) природные процессы, которые человек иногда может в какой-то мере предотвратить или уменьшить их неблагоприятное воздействие на почву;
3) природные процессы, интенсивное проявление которых во многом обусловлены неразумной хозяйственной деятельностью человека (интенсивный смыв и размыв почвы поверхностным стоком временных водных потоков, заболачивание почв, выдувание);
4) явления, целиком связанные с хозяйственной деятельностью человека (загрязнение почв токсическими выбросами, при работе промышленных предприятий и транспорта). Разрушение в результате чрезмерной обработки почв, от неправильного применения удобрений и пестицидов, при разработке месторождений полезных ископаемых, радиоактивное загрязнение почвы, необоснованного отчуждения ценных с/х земель для использования в других отраслях народного хозяйства.
Кислые атмосферные выпады на сушу. Одна из острейших глобальных проблем современности и обозримого будущего - это проблема возрастающей кислотности атмосферных осадков и почвенного покрова. Районы кислых почв не знают засух, но их естественное плодородие понижено и неустойчиво; они быстро истощаются и урожаи на них низкие. Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод. Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств окислов серы, азота, углерода. Эти окислы, поступая в атмосферу, переносятся на большие расстояния, взаимодействуют с водой и превращаются в растворы смеси сернистой, серной, азотистой, азотной и угольной кислот, которые выпадают в виде "кислых дождей" на сушу, взаимодействуя с растениями, почвами, водами. Главными источниками в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей, газа в индустрии, в сельском хозяйстве, в быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление в атмосферу окислов серы, азота, сероводорода и оксида углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности атмосферных осадков, наземных и грунтовых вод. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём систематических представительных измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ на больших территориях.
Почвозащитные мероприятия:
1) защита почв от эрозии путем высева однолетних и многолетних трав;
2) -приемы почвозащитной обработки трав (глубокая вспашка, рыхление, кротование);
Приемы, снижающие скорость стекания воды (лункование, обвалование, бороздование);
Приемы, снижающие силу ветра в приземном слое (плоскорезная обработка, посев по стерне);
3) снегозадержание, регулирование снеготаяния;
4) агротехнические приемы, повышающие плодородие почвы (внесение удобрений);
5) агрофизические приемы, повышающие противоэрозионную устойчивость почв (внесение различных препаратов)
6) лесомелиоративные почвозащитные мероприятия (посадка лесных полос и массивов).
При абстрактном подходе все проблемы окружающей среды можно свести к человеку, сказать, что любое отрицательное воздействие на окружающую среду исходит от человека - как субъекта хозяйственной деятельности, производителя, потребителя, носителя технического прогресса, да и просто жителя планеты. В этой связи необходимо проанализировать некоторые аспекты деятельности человека, которые оказывают особо вредное воздействие на среду. Среди них производство, транспорт, потребление, использование современной техники, урбанизация и т.д., как основные источники загрязнения и ухудшения окружающей среды. Такой подход дает возможность выделить те сферы деятельности человека, которые наносят вред или создают угрозу среде, наметить пути их исправления или предотвращения.
Меры улучшения качества окружающей среды
1) Технологические:
разработка новых технологий;
очистные сооружения;
электрификация производства, быта, транспорта.
2) Правовые:
создание законодательных актов по поддержанию качества окружающей среды
3) Архитектурно-планировочные
зонирование территории населенного пункта;
озеленение населенных мест;
организация санитарно-защитных зон;
рациональная планировка предприятий и жилых кварталов.
4)Инженерно-организационные
Подходы и технологии в стратегии минимизации отходов содержат в себе следующие позиции:
1) Система учета материалов (менеджмент) и совершенствования существующих операций.
Учет и отслеживание потоков материалов;
Закупка малотоксичных и нетоксичных материалов;
Совершенствование способов хранения сырья и материалов;
Строгое соблюдение графиков текущего обслуживания и предварительного ремонта оборудования;
Внедрение программ по обучению персонала и налаживание обратной связи.
2)Совершенствование оборудования.
Внедрение безотходного оборудования или производящего минимальное количество отходов;
Перепрофилирование существующих производственных мощностей на выпуск продукции с меньшим количеством образующихся отходов;
Повышение эффективности существующего оборудования;
Модификация оборудования с целью повышения существующих или созданных новых возможностей для восстановления или рециркуляции сырья;
Устранение источников потерь и утечек сырья.
3)Модификация производственных процессов.
Оптимизация использования сырья;
Замена токсичных материалов на нетоксичные;
Переориентация конечных продуктов на минимальное содержание токсичных веществ или полное их отсутствие;
Изменение условий протекания процессов в направлении сокращения образования отходов.
4)Рециркуляция и вторичное использование сырья.
Внедрение оборотных систем для прямой рециркуляции;
Рециркуляция на производственном оборудовании для вторичного использования сырья и материалов;
Рециркуляция вне пределов цеха для последующего использования;
Разделение отходов по типам с учетом возможностей их регенерации;
Отделение токсичных отходов от нетоксичных;
Участие в обмене отходами (использовать отходы другой компании в качестве альтернативного сырья).
Экологическая политика может способствовать оптимизации управления ресурсами, созданию общественного доверия и развитию рыночных возможностей. Многие новые чистые и низкоотходные технологии не только снижают загрязнения, но и экономят расход сырых материалов и энергии до такой степени, что снижение издержек сможет более, чем возместить исходные, более высокие, инвестиционные затраты и таким образом снизить себестоимость единицы продукции. Широкие возможности скрыты в использовании генетической инженерии и биотехнологии для сельского хозяйства, пищевой промышленности, химии и фармацевтики, очистки окружающей среды и получения новых материалов и энергетических источников.
В решении вопроса об охране окружающей среды необходимо международное сотрудничество. Оно является потребностью эпохи, условием существования и прогресса человечества. Во Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) осуществляется работа по решению проблем здравоохранения и окружающей среды, питьевого водоснабжения и санитарии, безопасных химических веществ. Взаимодействие с МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) включало проведения экспертизы уровня безопасности АЭС, обращение с радиоактивными отходами.
Важную роль в решении экологических проблем играют международные неправительственные организации: Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП), Всемирный фонд охраны природы (ВФОП), Международный совет научных союзов (МСНС), Международная молодежная федерация (ММФ) и многие другие.
Время стихийного, безоглядного использования природных ресурсов уже прошло. Природопользование должно осуществляться только на научной основе, с учетом всех тех сложных процессов, которые происходят в окружающей среде, как без участия, так и при участии человека.
Химическое загрязнение окружающей среды обусловлено следующими факторами:
1) повышением концентрации биогенных элементов из-за канализационных сбросов и стока с полей удобрений, вызывающих бурное развитие водорослей и нарушение баланса в существующих экосистемах;
2) отравлением воды, почвы и воздуха отходами химических производств;
3) воздействием на воду и почву продуктов сжигания топлива, снижающих качество воздуха и вызывающих кислотные дожди;
4) потенциальным заражением воды, воздуха и почвы радиоактивными отходами, образующимися при производстве ядерного оружия и атомной энергии;
5) выбросами углекислого газа и химических веществ, снижающих содержание озона, что может привести к изменению климата или образованию «озоновых дыр».
Атмосфера - регуляторный механизм биосферы
Атмосфера является одной из главных частей механизма, регулирующего круговорот воды, кислорода, азота, углерода. Значение атмосферы состоит в том, что она служит экраном, защищающим жизнь на Земле от губительных воздействий из космоса. Через атмосферу проникают солнечные лучи - источник жизни. Атмосфера прозрачна для электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 0,3 до 0,52 нм, в которых заключено 82 % всей энергии солнечных лучей, а также для радиоволн с длиной от 1 мм до 30 м. Жесткое коротковолновое излучение - рентгеновские и γ-лучи - поглощается всей толщей атмосферы и не доходит до поверхности Земли.
Особое значение имеет атмосферный озон O 3 , интенсивно поглощающий коротковолновые ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 0,29 нм. Таким образом, атмосфера защищает жизнь на Земле от коротковолновых лучей. Вместе с тем она пропускает инфракрасное излучение Солнца, но благодаря содержащимся в ней озону, углекислому газу и водяному пару непрозрачна для инфракрасного излучения Земли. Если бы эти газы не содержались в атмосфере, Земля превратилась бы в безжизненный шар, средняя температура на поверхности которого была бы -23 °С, в то время как фактически она равна +14,8 °С. Жизнь в той форме, в которой она существует на Земле, возможна лишь при наличии атмосферы со всеми ее физическими и химическими свойствами.
Естественное загрязнение атмосферы можно рассматривать как фактор, способствующий ее регуляторной функции. Поэтому сам термин «загрязнение» здесь является в какой-то мере условным. В атмосферу попадают газы, выделяющиеся в результате горения лесов, извержения вулканов, биохимических реакций. Особенное значение имеет естественная атмосферная пыль. Она образуется при выветривании горных пород, эрозии почв, лесных и торфяных пожарах. В атмосфере она создает ядра конденсации, без которых было бы невозможно образование осадков: снега, дождя.
Искусственное (антропогенное) загрязнение может быть связано с попаданием в атмосферу:
1) твердых частиц (цементная и резиновая автомобильная пыль, пыль горно-металлургических предприятий и т. д.);
2) газообразных веществ (углекислый и угарный газы, оксиды азота и серы, метан и аммиак, углеводороды и другие летучие соединения - бензин, растворители и т. д.);
3) радиоактивных веществ, поступающих в воздух в результате взрывов атомных и ядерных бомб, аварий на атомных электростанциях, добычи урана и использования радиоактивных веществ в различных технологических процессах;
4) свинца и других тяжелых металлов.
Изменение свойств атмосферы в результате ее загрязнения
Искусственное загрязнение оказывает и прямое, и косвенное воздействие на живые организмы. Прямое токсическое действие на организмы оказывают, например, оксиды серы и азота. Оксид серы (IV) SO 2 обладает сильным раздражающим действием на глаза, носоглотку, ткань легких. У растений он разрушает хлоропласты и другие клеточные органоиды. Интенсивность фотосинтеза при этом снижается в 1,5-2 раза. Особенно чувствительны к SO 2 хвойные растения. При концентрации всего одной части SO 2 на миллион частей воздуха всего в течение двух месяцев у пятилетних елей происходит пожелтение и опадение хвои.
Оксиды азота (NO и NO 2) - токсичные соединения, вызывающие раздражение дыхательных путей, а в высоких дозах - отек легких. Кроме этого, оксиды азота и серы образуют в атмосфере азотную и серную кислоты, которые в виде кислотных дождей выпадают вместе с осадками и вызывают гибель наземных растений и водных организмов. Они наносят большой вред архитектурным и скульптурным памятникам из мрамора, разрушают металлические крыши и конструкции - мосты и опоры.
Искусственное загрязнение оказывает косвенное воздействие на атмосферу, изменяя ее свойства. Так, в результате увеличивающегося сжигания топлива и уменьшения площадей, занятых земной растительностью, фотосинтетическая генерация (восстановление кислорода из углекислого газа в результате фотосинтеза) в настоящее время уменьшилась на 30 % по сравнению с предисторическим периодом. Ежегодная убыль кислорода составляет 31,62 млрд т. Если учесть, что в атмосфере содержится 1200 трлн т кислорода, то его количество в атмосфере уменьшается в год на 0,0025 %. Казалось бы, очень немного, но, очевидно, в конце концов встанет вопрос о введении ограничений на потребление кислорода.
Гораздо хуже обстоит дело с озоном. Максимальная его концентрация в атмосфере наблюдается на высоте 20-25 км. Известно, что озон поглощает ультрафиолетовые лучи. При этом он сильно разогревается и препятствует потере тепла нижними слоями атмосферы. Помимо этого, озон, как и углекислый газ, усиленно поглощает инфракрасное излучение Земли. Следовательно, озон не только «спасает» все живое на планете от ультрафиолетовых лучей, но вместе с углекислым газом играет важную роль в тепловом балансе атмосферы и всей Земли.
Накопление углекислого газа и других веществ - причина парникового эффекта (глобального потепления климата).
Озоновый экран разрушается оксидами азота, соединениями хлора и фтора, попадающими в атмосферу в результате распада фреонов, которые широко применяют в холодильной и парфюмерно-косметической промышленности.
Чтобы минимизировать загрязнение атмосферы, необходимо:
1) производить очистку выбросов в атмосферу от твердых и газообразных загрязняющих веществ с помощью электрофильтров, жидких и твердых поглотителей, циклонов и др.;
2) использовать экологически чистые виды энергии;
3) применять малоотходные и безотходные технологии;
4) добиваться уменьшения токсичности автомобильных выхлопных газов путем совершенствования конструкции двигателей и применения катализаторов, а также совершенствовать существующие и создавать новые электромобили и двигатели, работающие на водородном топливе.
Охрана водных ресурсов
Загрязнение воды стало грозной опасностью для человечества. Рассмотрим основные виды загрязнений.
Загрязнение твердыми частицами происходит при попадании в водоемы песка, глины, шлаков, пустой породы и других твердых отходов добывающей, металлургической, химической и строительной промышленности.
Загрязнение минеральными веществами:
1) соединениями металлов (высокотоксичными - свинцом, ртутью, редкоземельными - кадмием, селеном, литием и др.), в результате чего при превышении предельно допустимой концентрации (ПДК) у людей поражаются органы слуха, зрения, нервная система, возможны случаи паралича и рождения детей с различными физическими и психическими аномалиями;
2) минеральными удобрениями, в результате попадания которых в водоемы наблюдается эвтрофикация, то есть неумеренное разрастание водной растительности (например, водоем со зловонной зеленой жижей).
Загрязнение органическими веществами промышленного происхождения, входящими в состав стоков химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности. Среди таких веществ встречаются фенол, диоксин, СМС.
Загрязнение нефтью и ее производными. Одна тонна нефти, растекаясь по водной поверхности, способна занять площадь в 12 км 2 , а 1 л нефти может сделать непригодными к употреблению 1 млн л воды, то есть столько ее, сколько бы хватило для семьи из 4 человек в течение 20 лет. Нефтяная пленка представляет собой преграду для газообмена между водой и атмосферой. Она препятствует поглощению водой кислорода и углекислого газа, вызывая гибель планктона. Эта пленка представляет собой большую опасность для морских птиц и животных. Оперение птиц, вымазанное нефтью, теряет свои водонепроницаемые свойства, что приводит к их гибели.
Органические вещества биологического происхождения содержатся в бытовых и животноводческих стоках. Попадая в водоемы, эти стоки делают воду непригодной для питья, вызывают гибель рыбы, являются причиной эвтрофикации.
Пестициды, как и тяжелые металлы, двигаясь по трофической цепи: фитопланктон → зоопланктон → мелкие рыбы → крупные рыбы, достигают в теле последних такой концентрации, которая может быть смертельной для человека.
Кардинальным решением проблемы борьбы с загрязнением водной среды (гидросферы) был бы полный переход на безопасные технологии, при которых исключался бы сброс каких-либо стоков, а также разработка технологий с минимальным потреблением воды.
Но разработка и внедрение малоотходных технологий дорогостоящи и сложны, поэтому первоочередное значение приобретает процесс очистки сточных вод, включающий:
1) очистку и обеззараживание бытовых и животноводческих стоков;
2) очистку стоков от последствий обслуживания автотранспорта и сельскохозяйственной техники;
3) очистку стоков, содержащих нефтепродукты. Перспективны способы очистки воды от нефтепродуктов с помощью микроорганизмов и растений. Известны микроорганизмы, способные питаться углеводородами. Эксперименты, проведенные с использованием грибков Candido lipolitica, показали, что небольшие водоемы могут быть очищены от нефти за 5-6 дней.
Охрана земельных ресурсов
Эрозия (от лат. erodere - разъедание) понижает плодородие почвы. Это явление, которое принесло и приносит человечеству страшные беды. На образование плодородного слоя почвы уходят тысячелетия, уничтожен он может быть за 15-20 лет, а при сильных ураганах и ливнях - за несколько дней или часов. Существует два основных вида эрозии - водная и ветровая.
Борьба с ними включает комплекс мероприятий:
1) лесонасаждение;
2) агротехнические приемы, например, создание долголетних культурных пастбищ, снегозадержание, внесение органических (но не минеральных) удобрений;
3) почвозащитную систему земледелия, заключающуюся в безотвальной вспашке и оставлении стерни на поверхности почвы;
4) создание и внедрение почвозащитного земледелия, препятствующего технической эрозии, которая возникает как результат непосредственного разрушения слоя почвы техническими средствами, в основном колесами и гусеницами машин;
5) недопущение загрязнения почвы остатками строительных деталей (панелей, блоков, кирпичей, золы, шлака), нефтью и нефтепродуктами, веществами, попадающими в почву из атмосферы (соединениями свинца, мышьяка, ртути, меди и т. д.);
6) правильное применение удобрений и пестицидов. Около 20 %, а иногда и 50 % удобрений не усваиваются растениями и остаются в почве тяжелым грузом для ее биоценоза. Пестициды могут попасть в почву и нарушить сложившиеся в ней трофические связи.
Справочный материал для прохождения тестирования:
Таблица Менделеева
Таблица растворимости
Охрана среды от химических загрязнений - один из важных факторов предотвращения образования антропогенных геохимических аномалий и, следовательно, профилактики эндемических болезней, макро- и микроэлементозов животных. Охрану антропогенных ландшафтов от загрязнений осуществляют в разных направлениях. Одно из них - предотвращение загрязнения среды агрохимикатами. В охране агробиогеоценозов от химических загрязнений немаловажную роль играет строгий санитарно-гигиенический контроль за соблюдением правил транспортировки, хранения и использования минеральных удобрений и пестицидов.
Большое внимание следует уделять нехимическим методам борьбы с вредителями, так как их использование исключает загрязнение среды пестицидами. Один из таких методов - отлов и уничтожение насекомых (например, слепней, мух).
Разрабатываются и внедряются в практику биологические методы борьбы с вредителями, основанные на антагонизме между организмами. Например, мухи-тахины уничтожают гусениц совок, белянок, боярышницы, кольчатого шелкопряда, саранчовых и т. д.
Для проведения генетической борьбы с вредителями в лабораторных условиях разводят самцов вредителей. С помощью рентгеновских лучей их стерилизуют, а затем выпускают в природу. Способные спариваться, но не способные оплодотворять самок облученные самцы становятся конкурентами нормальных самцов. Существует интегрированный метод борьбы с вредителями. Суть его состоит в том, что с помощью сублетальных доз ядохимикатов организмы вредителей ослабляются, а затем заражаются специфическим возбудителем.
В системе мероприятий по охране среды от химических загрязнений большую роль играет совершенствование очистных сооружений фабрик, заводов, животноводческих комплексов и других агропромышленных предприятий.
Старые, малоэффективные системы очистки отходов заменяют новыми, более совершенными и эффективными. На многих заводах и фабриках установлены столь совершенные очистные системы, что они почти полностью улавливают большинство видов дыма, сажи и других примесей, загрязняющих атмосферу. Разработан новый, весьма эффективный способ очистки отбросов предприятий от фтора, имеющий большое санитарно-гигиеническое значение, так как предохраняет людей и животных от заболевания флюорозом.
На животноводческих комплексах используют разные способы очистки отходов. Выбор способа очистки зависит от типа и мощности комплекса, климатических, гидрологических и иных экологических условий. Биологическая очистка вод в аэротенках достаточно эффективна (90-95%), однако начальная концентрация биогенных и органических веществ в них такова, что даже очищенные сточные воды не удовлетворяют санитарно-гигиеническим требованиям для сброса их в открытые водоемы. При охране водных систем от загрязнений применяют естественные процессы самоочищения, которые протекают в биологических прудах. В них достигается высокое качество очистки при простых и дешевых способах эксплуатации, источником энергии служит Солнце. Основной недостаток биологических прудов - сезонность их работы. Процессы самоочищения в зимний период затухают, и биологические пруды в это время служат лишь промежуточными накопителями сточных вод. Поэтому целесообразно сочетать использование биологических прудов с полями орошения. Рациональное орошение полей жидкими стоками животноводческих комплексов не приводит к загрязнению грунтовых вод (Ю. И. Ворошилов, Т. С. Мальцман, 1980). Отходы боен, предприятий по переработке сырья животного происхождения, ветеринарных станций и лабораторий, биофабрик, больниц, диспансеров и санаториев могут быть использованы для орошения сельскохозяйственных угодий только после их обезвреживания и обеззараживания. Срок между последним поливом пастбищ и началом пастьбы устанавливают на основании результатов исследований, проведенных ветеринарно-санитарной службой.
В интересах охраны природы и рационального использования природных ресурсов меняется сама технология функционирования агропромышленных предприятий. С этой точки зрения все страны, и в первую очередь индустриальные, должны развиваться в направлении «утилизированного общества», в котором все материалы будут использоваться многократно. Рациональное применение разнообразных отходов постепенно становится новой крупной развивающейся отраслью народного хозяйства. Построены утилизационные заводы, превращающие отходы промышленности в материалы, полезные для народного хозяйства, предприятия для получения мясокостной муки из трупов животных.
Научные работники Казанского ветеринарного института совместно с химиками решили одну из актуальных проблем химической промышленности - рациональное использование отходов фенольного производства - ядовитых продуктов, загрязняющих природную среду (А. С. Селиванова, X. X. Абдуллин, М. Г. Нигмалуллии и др., 1976). Эти отходы обладают выраженными антибактериальными и противовирусными свойствами по отношению к возбудителям ящура, рожи, паратифа, листериоза, бруцеллеза, туберкулеза и других инфекционных болезней сельскохозяйственных животных. Отходы фенольного производства рекомендуют использовать при проведении текущих, профилактических обработок ферм и комплексов,
Вводится в практику производство биогаза (метана) в установках, ферментирующих отходы (городские и сельские нечистоты). Органику, остающуюся после ферментации, применяют для удобрения почв. Замена ископаемого топлива, загрязняющего окружающую среду, на биогенное имеет важное санитарно-гигиеническое значение и значительно уменьшает опасность возникновения геохимических неоаномалий и связанных с ними эндемических болезней растений, животных и человека.
Для эффективной охраны среды от химических загрязнений, следовательно, предотвращения образования антропогенных геохимических неоаномалий и профилактики эндемических болезней большое значение имеет разработка безотходных технологий.
Безотходные предприятия создаются в промышленности и в сельском хозяйстве. Заводы, фабрики, животноводческие комплексы должны работать по типу безотходных производств, то есть по принципу природных экосистем. Например, создан и внедрен в производство принципиально новый метод производства азотной кислоты, который позволил исключить выброс окислов азота в атмосферу. Разработаны безотходные животноводческие промышленные комплексы.
Работу по охране окружающей среды от химических загрязнений должны осуществлять специалисты разных профилей: инженеры-экологи, ведущие работу по контролю за функционированием очистных сооружений промышленных предприятий, агрохимики, контролирующие использование минеральных удобрений, токсикологи, работающие с ядами, и т. д.
В этой комплексной работе немаловажное значение имеет деятельность ветеринарных врачей, которая сводится главным образом к выполнению санитарно-гигиенических функций.
Ветеринарные врачи проводят экологическую оценку состояния животных и среды их обитания. Геохимические энзоотии указывают на необходимость проведения мероприятий, направленных на оптимизацию биотического круговорота макро- и микроэлементов, улучшение среды обитания для животных.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Сахалинской области
«Профессиональное училище № 13»
ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Методические указания к самостоятельной работе обучающихся
Александровск-Сахалинский
Защита окружающей среды от химического загрязнения: Метод указ. / Сост. / ГБОУ НПО «Профессиональное училище №13», - Александровск-Сахалинский, 2013
Методические указания предназначены для обучающихся всех профессий, изучающих курс химии.
Председатель МК
Загрязнение окружающей среды
Загрязнение окружающей среды – привнесение новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение их естественного уровня.
Основные типы загрязнения
1. Физическое (тепловое, шумовое, электромагнитно, световое, радиоактивное)
2. Химическое (тяжелые металлы, пестициды, пластмассы и др. химические вещества)
3. Биологическое (биогенное, микробиологическое, генетическое)
4. Информационное (информационный шум, ложная информация, факторы беспокойства)
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.
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.
Загрязнению подвергаются атмосфера (воздушная среда), гидросфера (водная среда) и литосфера (твердая поверхность) Земли.
Вначале деятельность людей затрагивала лишь живое вещество суши и почву. В 19 в., 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 в. 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, для нее характерны выбросы, наиболее опасные для природной среды, человека, животных и растений. 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) (см. также КИОТСКИЙ ПРОТОКОЛ). Главное в Протоколе – количественные обязательства развитых стран и стран с переходной экономикой, включая Россию, по ограничению и снижению выбросов парниковых газов, прежде всего СО2, в атмосферу в 2008–2012. У России разрешенный уровень выбросов парниковых газов на эти годы – 100% от уровня 1990. 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 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 поживающих 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.
В качестве примера, показывающего изменения структуры биологического круговорота в результате деятельности человека, можно рассмотреть данные для лесной зоны европейской части России. В доисторические времена вся эта территория была покрыта лесами, сейчас их площадь уменьшилась почти вдвое. Их место заняли поля, луга, пастбища, а также города, поселки, транспортные магистрали. Уменьшение общей массы некоторых элементов за счет общего уменьшения массы зеленых растений компенсируется внесением удобрений, которое вовлекает в биологическую миграцию значительно больше азота, фосфора и калия, чем естественная растительность. Вырубка леса и распашка почв способствуют усилению водной миграции. Таким образом, существенно увеличивается содержание соединений некоторых элементов (азота, калия, кальция) в природных водах.
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, свиней и кадмий. Существенное воздействие на живые организмы и их сообщества оказывают также техногенные поступления марганца, олова, меди, молибдена, хрома, никеля и кобальта.
Природные воды могут загрязняться пестицидами и диоксинами, а также нефтью. Продукты разложения нефти токсичны, а нефтяная пленка, изолирующая воду от воздуха, приводит к гибели живых организмов (в первую очередь, планктона) в воде.
Помимо накопления в почве токсичных и вредных веществ в результате деятельности человека, ущерб землям наносится за счет захоронения и свалок промышленных и бытовых отходов.
Задание на самостоятельную работу:
Изучив литературу (см. ниже) составить сообщение на любую из указанных тем:
¾ Основные меры борьбы с загрязнением атмосферы;
¾ Защита окружающей среды от загрязнения тяжелыми металлами;
¾ Защита окружающей среды от загрязнения соединениями азота;
¾ Защита окружающей среды от загрязнения соединениями серы;
¾ Защита окружающей среды от загрязнения соединениями углерода.
Литература:
1. Опаловский Земля глазами химика. М., Наука, 1990
2. Среда нашего обитания. В четырех книгах (перевод с англ.). М., Мир, 1995
3. Химия и общество (перевод с англ.). М., Мир, 1995
4. Добровольский биогеохимии. Учеб. пособие для геогр., биол., геол., с.-х. спец. вузов. М., Высш. шк., 1998
5. Андруз Дж., Введение в химию окружающей среды (перевод с англ.) М., Мир, 1999
6. Человек и среда его обитания. Хрестоматия. Под ред. и. М., Мир, 2003
ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ СООБЩЕНИЙ
1. Текст сообщения распечатать на бумаге формата А4.
2. По всем сторонам листа оставить поля от края листа. Размеры: левого поля - 30 мм; правого поля - 10 мм; верхнего поля - 15 мм; нижнего поля - 15 мм.
3. Использовать шрифт Times New Roman. Цвет шрифта должен быть чёрным, кегль – 12 пт. Можно использовать компьютерные возможности акцентирования внимания на определённых терминах, применяя различные способы начертания.
4. Заголовки следует располагать в середине строки без точки в конце и печатать прописными буквами, не подчеркивая.
5. Для абзацев, не являющихся заголовками, установить отступ первой строки на 12,5 мм и выравнивание – по ширине.
6. Если в сообщении более одной страницы, то страницы следует нумеровать арабскими цифрами.
7. Обязательно напечатать список использованных источников (литература и адреса Web-страниц).
8. Оформление титульного листа.