Химическое загрязнение атмосферы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Химическое загрязнение природных  вод.

 

Всякий водоем  или  водный источник связан с окружающей его внешней средой .  На него оказывают  влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока,  разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт,  хозяйственная  и  бытовая деятельность человека.  Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственные ой веществ - загрязнителей. ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в волную среду,  классифицируют  по- разному,  в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, Физическое и биологические загрязнения.  Химическое загрязнение представляет  собой  изменение  естественных   химических свойств вода за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической ( минеральные соли,  кислоты, щелочи, глинистые частицы),  так и органической природы ( нефть и нефтепродукты, органические  остатки,  поверхностно активные  вещества, пестициды).

 

Неорганическое загрязнение.

 

Основными неорганическими   (минеральными)   загрязнителями пресных и  морских  вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды.  Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути. хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном,  а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический  эффект  некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен в таблице 2 .

Кроме перечисленных в таблице  веществ, к опасным заразителям  водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания. обуславливающие широкий диапазон рН промышленных  стоков (1,0  -_11,00)  и способных изменять рН водной среды до значений 5,О или выше 8,0  тогда как рыба в пресной  и  морской воде может существовать только в интервале рН  5,0 - 8,5. Среди основных источников  загрязнения  гидросферы  минеральными веществами н биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн. т.  солей. К 2000 году возможно увеличение их кассы до 12 млн. т ./год. Отходы, содержащие ртуть,  свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем,  подавляя  развитие фитопланктона. Отходы,  содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях зализов или эстуариях рек.  Дальнейшая ее миграция сопровождается  накоплением  метиловой  ртути  и  ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность  приобрела болезнь Миномата,  впервые обнаруженную японскими учеными у людей,  употреблявших в пищу рыбу. выловленную в заливе Миномата,  в который бесконтрольно сбрасывали, промышленные стоки с техногенной ртутью.

 

Органическое загрязнение.

 

Среди, вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют  не  только  минеральные. биогенные  элементы,  но и органические остатки. Вынос в океан  органического  вещества  оценивается  в  300  -  380 млн.т./год. Сточные воды,  содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество,  пагубно влияют на состояние водоемов.  Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества,  такие как сероводород, которые 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. Значительным объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточные водах предоставлена в  таблице 3 .

В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько  замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами.  Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера). Разлагаясь в водной среде. органические отходы могут стать средой для патогенных организмов.  Вода, -загрязненная органическими отходами  становится практически непригодной для питья и других надобностей.  Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода.  Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизится ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Проблема    загрязнения    Мирового    океана

(на примере ряда органических  соединений).

 

Нефть и нефтепродукты.

 

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

а.) Парафины (алкены) – ( до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

б) Циклопарафины – ( 30 – 60% от общего состава) насыщенные циклические  соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклического и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

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

г)олефины (алкены) – ( до 10% от общего состава)   ненасыщенные нециклические соединения с одним  или двумя атомами водорода у  каждого атома углерода в молекуле. имеющей прямую или разветвленную  цепь.

Нефть и нефтепродукты  являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. К началу 80-ых годов в океан ежегодно поступало около 6 млн. т. нефти, что составляло О,23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи.  Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод, - все это обуславливает присутствие постоянные 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 50 лет.  начиная с 1964 года.  пробурено около 2000 скважин в мировом океане  из них только в Северном море  1000 и 350 промышленных оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется О,1 млн. т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений   из   этого   источника   составляет   2.0 млн. т. /год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0,5 млн. т. нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину ( см таблицу 4) .

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

 

Пестициды.

 

Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и  болезнями растений. Пестициды делятся  на следующие группы: инсектициды - для борьбы с вредными насекомыми, фунгициды и бактерициды - для борьбы с бактериальными болезнями растений, гербициды - против сорных растении.  Установлено, что пестициды уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических ( загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителями. В  настоящее время более 5 млн. т.  пестицидов поступает на мировой рынок.  Около 1,5 млн. т. этих веществ. уже вошло в состав наземных и морских экосистем эоловым и водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов,  загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгицидов и гербицидов. Синтезированные инсектициды делятся на три основные группы:  хлорорганические, фосфорорганические и карбонаты. Хлорорганические инсектициды получают путем хлорирования ароматических и гетероцикли-ческих .жидких углеводородов. К ним относятся ДДТ и его производные, в молекулах  которых устойчивость алифатических. и .ароматических групп в совместном присутствии возрастает, всевозможные хлорированные производные (эллрин). Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации. В водной среде часто встречаются полихлорбифенилы - производные ДДТ без алифатической части, насчитывающие 210 гомологов и изомеров.  За последние 40 лет использовано более 1,2 млн. т. полихлорбифенилов в про-изводстве пластмасс, красителей, трансформаторов, конденсаторов. Полихлорбифенилы (ПХБ) попадают в окружающую среду в  результате  сбросов  промышленных  сточных вод и сжигания твердых отходов на свалках.  Последний источник поставляет ПХБ в атмосферу, откуда они  с атмосферными осадками попадают во все районы Земного шара.  Так  в пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПХБ составило 0,03 - 1,2   кг/л.

 

Синтетические поверхностно - активные вещества.

 

Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающий поверхностное  натяжение воды.  Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности.  Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды и морскою среду.  СМС содержат полифосфаты натрия,  в которых растворены  детергенты, а также ряд добавочных ингридиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты ( персульфаты, пербораты), кальцинированная сода,  карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия). В зависимости от природы и стриктуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионоактивные,  катионоактивные, амфотерные и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенные среди СПАВ являются анионо-активные вещества.  На их долю приходится более 50% всех  производимых в мире СПАВ.  Присутствие СПАВ в сточные водах промышленности связано с использованием их в таких процессах. как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий, получение полимеров улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин борьба с коррозией оборудования. В сельском  хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов.

 

Соединения с  канцерогенными свойствами.

 

Канцерогенные вещества - это химически  однородные соединения, проявляющие  трансформирующую активность и способность  вызывать канцерогенные,   тератогенные (нарушение процессов эмбрионального развития) или мутогенные изменения в  организмах. В зависимости от условий воздействия они могут приводить к ингибированнию роста,  ускорению старения, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда организмов. К веществам, о6ладающим  канцерогенными свойствами, относятся хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).  Максимальное количество ПАУ в современных данных осадки Мирового океана (более 100 мкг/км  массы сухого вещества ) обнаружено в тектонически  активных зонах,  подверженным глубинному термическому воздействию.  Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов , древесины и топлива.

 

Тяжелые металлы.

 

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся  к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они  широко применяются в различных  промышленных производствах   поэтому, несмотря на очистные мероприятия содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий.  Ртуть переносится в океан с материковым  стоком и через атмосферу.  При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3,5 тыс. т. ртути.  В составе атмосферной пыли содержится около 12 тыс. т, ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла(910 тыс. т./год.) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых. промышленными водами, концентрация  ртути в растворе и  взвесях сильно повышается.  При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть. Заражение море- продуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 жертв болезни Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в залив Миномата.  Свинец - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека.  Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает (20-30) *10 ^3 т свинца в год..