Химическое загрязнение биосферы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Развитие современной  промышленности и сферы услуг, а  также расширяющееся использование  биосферы и ее ресурсов, приводит к  возрастающему вмешательству человека в материальные процессы, протекающие  на планете. Связанные с этим планируемые и осознанные изменения материального состава (качества) окружающей среды направлены на улучшение условий жизни человека в техническом и социально-экономическом аспектах. В последние десятилетия в процессе развития технологии была оставлена без внимания опасность непреднамеренных побочных воздействий на человека, живую и неживую природу. Это можно, пожалуй, объяснить тем, что ранее считали, что природа обладает неограниченной способностью компенсировать воздействие человека, хотя уже столетия известны необратимые изменения окружающей среды, например, вырубки лесов с последующей эрозией почвы. Сегодня нельзя исключать непредвиденные воздействия на легко ранимые области экосферы в результате активной деятельности человека.

Человек создал для себя среду обитания, заполненную синтетическими веществами. Их воздействие на человека, другие организмы и окружающую среду зачастую неизвестно и выявляется часто, когда уже нанесен ощутимый ущерб или при чрезвычайных обстоятельствах, например, вдруг выясняется, что при горении вполне нейтральное вещество или материал образует ядовитые соединения.

Новые напитки, косметические  средства, пищевые продукты, лекарства, предметы обихода, ежедневно предлагаемые рекламой, обязательно включают в  себя химические компоненты, синтезируемые человеком.

Для исследования воздействия химических веществ необходимы огромные затраты, но несмотря на это работа в данной области ведется постоянно.

В настоящее время  по целому ряду причин остаются нерешенными  проблемы по оценке токсичности химических продуктов для человека, и в большей степени по отношению к окружающей среде. Исчерпывающее исследование воздействий веществ может быть реализовано только после того, как будет получена полная информация об экспозиции (действующей дозе) каждого химического вещества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Источники химического загрязнения.

В процессе своей хозяйственной  деятельности человек производит различные  вещества. Все производимые вещества с использованием как возобновимых, так и невозобновимых ресурсов можно разделить на четыре типа:

- исходные вещества (сырье);

- промежуточные вещества (возникающие или используемые в процессе производства);

- конечный продукт;

- побочный продукт (отход).

Отходы возникают на всех стадиях получения конечного продукта, а любой конечный продукт после потребления или использования становится отходам, поэтому конечный продукт можно назвать отложенным отходом. Все отходы попадают в окружающую среду и включаются в биогеохимический круговорот веществ в биосфере. Многие химические продукты включаются человеком в биогеохимический круговорот в масштабах на много превышающих естественный круговорот. Некоторые вещества, направляемые человеком в окружающую среду, раньше отсутствовали в биосфере (например, хлорфторуглероды, плутоний, пластмассы и др.), поэтому естественные процессы достаточно долго не справляются с этими веществами. Следствием является огромный вред наносимый организмам.

 

 

 

 

 

1. Энергетические объекты - источники самых больших объемов химического загрязнения.

Самое большое количество отходов связанно с производством энергии, на потреблении которой основана вся хозяйственная деятельность. Вследствие сжигания ископаемого топлива в целях получения энергии в атмосферу  сейчас идет мощный поток восстановительных газов. За 20 лет, с 1970 по 1990 год в мире было сожжено 450 млрд. баррелей нефти, 90 млрд. т угля, 11трлн. куб. м газа.

Загрязнения и отходы энергетических объектов разделяются  на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой - региональные и локальные. Глобальные загрязнители поступают в атмосферу, и за счет их в атмосфере возникают практически необратимые изменения концентрации газов, растёт число парниковых газов. Изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в атмосфере появились газы, которые раньше в ней практически отсутствовали -хлорфторуглероды. Последствия накопления глобальных загрязнителей в атмосфере это:

- парниковый эффект;

- разрушение озонового слоя;

- кислотные осадки.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Транспорт как  источник химического загрязнения.

Второе место по загрязнению  окружающей среды занимает транспорт, особенно автомобильный. В 1999 г. Автомобильный парк мира составлял 678 миллионов единиц и при сохранении тенденции роста к 2017 г. может достигнуть 2,1 млрд. единиц. Сжигание автотранспортом ископаемого топлива повышает концентрации CO, NO_x, CO₂, углеводородов, тяжелых металлов и твердых частиц в атмосфере, он же дает твердые отходы (покрышки и сам автомобиль после выхода из строя) и жидкие (отработанные масла, мойка и т. д.). На долю автомобилей приходится 25 % сжигаемого топлива. За время эксплуатации, равное 6 годам, один усредненный автомобиль выбрасывает в атмосферу: 9 т CO₂, 0,9 т CO, 0,25 т NO_x и 80 кг углеводородов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Химическая промышленность  как источник загрязнения.

По сравнению с энергетикой и транспортом глобальное загрязнение посредством химической промышленности невелико, но это тоже достаточно ощутимое локальное воздействие. Большинство органических полупродуктов и конечная продукция, применяемая или производимая в отраслях химической промышленности, изготавливается из ограниченного числа основных продуктов нефтехимии. При переработке сырой нефти или природного газа на различных стадиях процесса, например, перегонке, каталитическом крекинге, удалении серы и алкилировании, возникают как газообразные, так и растворенные в воде и сбрасываемые в канализацию отходы. К ним относятся остатки и отходы технологических процессов, не поддающиеся дальнейшей переработке.

Газообразные выбросы  установок перегонки и крекинга при переработке нефти в основном содержат углеводороды, моноксид углерода, сероводород, аммиак и оксиды азота. Та часть этих веществ, которую удается собрать в газоуловителях перед выходом в атмосферу, сжигается в факелах, в результате чего появляются продукты сгорания углеводородов, моноксид углерода, оксиды азота и диоксид серы. При сжигании кислотных продуктов алкилирования образуется фтороводород, поступающий в атмосферу. Также имеют место неконтролируемые эмиссии, вызванные различными утечками, недостатками в обслуживании оборудования, нарушениями технологического процесса, авариями, а также испарением газообразных веществ из технологической системы водоснабжения и из сточных вод.

Из всех видов химических производств наибольшее загрязнение  дают те, где изготавливаются или используются лаки и краски. Это связано с тем, что лаки и краски часто изготавливают на основе алкидных и иных полимерных материалов, а также нитролаков, обычно они содержат большой процент растворителя. Выбросы антропогенных органических веществ в производствах, связанных с применением лаков и красок составляет 350 тыс. т в год, остальные производства химической промышленности в целом выделяют 170 тыс. т год.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Воздействие и влияние химических веществ на окружающую среду.

Рассмотрим более подробно воздействие химических веществ  на окружающую среду. Исследованием  влияния антропогенных химических веществ на биологические объекты  окружающей среды занимается экотоксикология. Задачей экотоксикологии является изучение воздействия химических факторов на виды, живые сообщества, абиотические составляющие экосистем и на их функции.

Под вредным воздействием, наносимым соответствующей системе, в экотоксикологии понимают:

- явственные изменения обычных колебаний численности популяции;

- долгосрочные или необратимые изменения состояния экосистемы.

Любое воздействие начинается с токсического порога, ниже которого не обнаруживается влияние вещества (NOEC - концентрация, ниже, которой не наблюдается воздействие). Ему отвечает понятие экспериментально определяемого порога концентрации (LOEC - минимальная концентрация, при которой наблюдается влияние вещества).  Применяется также третий параметр: MATC - максимально допустимая концентрация вредного вещества (в России принят термин ПДК - “предельно допустимая концентрация”). ПДК находят расчетом, и ее значение должно находиться между NOEC и LOEC. Определение этой величины облегчает оценку риска воздействия соответствующих веществ на чувствительные к ним организмы.

Химические вещества в зависимости от свойств и строения воздействуют на организмы по-разному:

а) молекулярно-биологические воздействия.

Многие химические вещества взаимодействуют с ферментами организма, изменяя их структуру. Так как  ферменты катализируют тысячи химических реакций, становится понятным, почему любое изменение их структуры глубоко влияет на их специфичность и регуляторные свойства.

Пример: цианиды блокируют  фермент дыхания - цитохром-с-оксидазу; катионы Са²⁺ тормозят активность рибофлавинкитазы, которая является переносчиком фосфата на рибофлавин в клетках животных.

б) нарушения обмена веществ и регуляторных процессов в клетке.

Метаболизм клеток может  быть нарушен под действием химических веществ. Реагируя с гормонами и  другими регуляторными системами, химические вещества вызывают неконтролируемые превращения, изменяют генетический код.

Пример: нарушение реакций  окислительного расщепления углеводов, вызываемое токсичными металлами, особенно соединениями меди и мышьяка; пентахлорфенол (ПХФ), триэтилсвинец, триэтилцинк и 2,4-динитрофенол разрывают цепь химических процессов дыхания на стадии реакции окислительного фосфорилирования; лидан, соединения кобальта и селена нарушают процесс расщепления жирных кислот; Хлорорганические пестициды и полихлорированные бифенилы (ПХБФ) вызывают нарушения работы щитовидной железы.

в) мутагенное и канцерогенное воздействие.

Такие вещества как  ДДТ, ПХБФ и полиароматические углеводороды (ПАУ) потенциально обладают мутагенным и канцерогенным воздействием. Их опасное воздействие на человека и животных проявляется в результате длительного контакта с этими веществами, содержащимися в воздухе и пищевых продуктах. По данным, полученным на основе экспериментов с животными, канцерогенное действие осуществляется в результате двухступенчатого механизма:

 

 

г) воздействие на поведение организмов.

- “генотоксической инициации”,

- “эпигенетического промотирования”.

Инициаторы в процессе взаимодействия с ДНК вызывают необратимые  соматические мутации, причем достаточно очень малой дозы инициатора, предполагают, что для этого воздействия  не существует пороговых значений концентрации, ниже которых оно не проявляется.

Промоторы усиливают  действие инициатора, а их собственное  воздействие на организм в течение некоторого времени является обратимым.

Аддитивное воздействие - суммирование (сложение) отдельных  воздействий.

Нарушение поведения  организмов является следствием суммарного воздействия на биологические и  физиологические процессы.

Пример: Было установлено, что для явного изменения поведения, обусловленного воздействием химических препаратов, достаточно значительно  меньших концентраций, чем ЛД₅₀ (летальная доза при смертности 50 %).

Разные организмы обладают различной чувствительностью к  химическим веществам, поэтому время  проявления тех или иных действий химических веществ для различных биосистем различно.

Влияние химических веществ на экосистему:

Под действием химических веществ изменяются следующие параметры  экосистемы:

- плотность популяции;

- доминантная структура;

- видовое разнообразие;

- изобилие биомассы;

- пространственное распределение организмов;

- репродуктивные функции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Меры, которые проводятся для минимизации риска использования химических продуктов.

Для минимизации риска  использования химических продуктов  в соответствии с уровнем наших  знаний этой проблемы в странах ЕС в 1982 г. Был введен в действие так называемый “Закон о химических продуктах”. В процессе проверки его исполнения в течение нескольких лет проводились мероприятия по оптимизации технологий, биологических и физико-химических испытаний, а также по уточнению терминологии, стандартных веществ и методов отбора проб. Химический закон устанавливает правила допуска на рынок всех новых химических продуктов.

 

1. Технические мероприятия, используемые для предотвращения опасности промышленных выбросов.