Проблема антропогенного загрязнения окружающей среды химическими веществами

 

  

 

 

 

Время	Введение вещества ¯ Порог воздействия
немедленно - несколько суток	¯ Нарушения поведения (неврологические и эндокринные, химотаксис, фотогеотаксис, равновесие / ориентировка, бегство, мотивация / способность к обучению)	¯ Биохимические реакции (ферментная и метаболическая  активность, синтез аминокислот  и стероидных гормонов, мембранные  изменения, мутации ДНК) ¯ ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ ½                                                     ½
	½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½	¯ Физиологические (потребление кислорода, осмотическая  и ионная  регуляция, переваривание и экскреция пищи, фотосинтез, фиксация азота)	¯ Морфологические изменения (изменения клеток и тканей, образование  опухолей, анатомические изменения) ½
часы - недели	¯                                                ¯                                                      ¯ ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾     ¯
сутки - месяцы	Изменение индивидуального жизненного цикла (эмбриональное развитие, скорость  роста, репродукция, способность  к регенерации) ¯
месяцы - годы	Популяционные изменения (снижение числа особей, изменения  возрастной структуры, изменение  генетического материала) ¯
месяцы - десятилетия	Экологические последствия (динамические изменения биоценозов / экосистем, их структуры и  функции)

 

 

Рис. 1. Воздействия на биологические системы по мере их усложнения 

 

·      “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. 

 

 

 Направленное уничтожение отдельных  видов растений и животных.           

 Пример: альдегидные, фунгицидные, акарицидные, гербицидные, инсектицидные мероприятия, в особенности в урбанизированных экосистемах

ß

Широко распространившееся уменьшение видового разнообразия организмов.           

 Пример: использование пестицидов и удобрений в аграрных экосистемах.

ß

Массированные загрязнения.           

 Пример: загрязнение побережья и экстуарриев рек нефтью при авариях танкеров.

ß

Постоянное загрязнение биотопов            

 Пример: эвторификация рек и озер в результате попадания в них значительных количеств растворенных и связанных соединений азота и фосфора.

ß

Глубокие изменения биотопа           

 Пример: засоление пресноводных биотопов; “современное ухудшение состояния лесов.

ß

Полное разрушение экосистемы в  результате выпадения целостной  интактной структуры (биотопа) и ее функций (биоценоза).           

 Пример: уничтожение мангровых лесов в результате применения гербицидов в качестве химического оружия во Вьетнамской войне. 

 

Рис.2. Схема возможных последствий воздействия химических продуктов на экосистемы. 

 

Промоторы усиливают действие инициатора, а их собственное воздействие на

организм в  течение некоторого времени является обратимым.

Аддитивное воздействие - суммирование (сложение) отдельных воздействий.

В табл.5 приведены  некоторые инициаторы и промоторы и их свойства.

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 (см. Рис. 1). 

Влияние на экосистему

Под действием химических веществ  изменяются следующие параметры  экосистемы:

·плотность популяции;

·доминантная структура;

·видовое разнообразие;

·изобилие биомассы;

·пространственное распределение организмов;

·репродуктивные функции. 

 

Возможные последствия  и формы вредного воздействия  химических веществ на экосистему можно  классифицировать в соответствии с рис. 2. 

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. 

Технические мероприятия, используемые для предотвращения опасности промышленных выбросов

Для сокращения и уменьшения выбросов химических веществ на промышленных предприятиях необходимо проводить  следующие меры:

1.Необходимо проектировать  любое производство так, чтобы  выбросы были заведомо минимальны.

2.Необходимо строго соблюдать  технологические режимы производства.

3.Необходима обязательная  герметизация оборудования на  производствах, где присутствуют  и получаются химические соединения (это касается не только химической  промышленности).

4.Необходимо внедрение непрерывных  технологических процессов и  замкнутого круга производства, оборотного водопотребления.

5.Необходимо проводить меры  по предотвращению аварий (например, планово-профилактический ремонт  оборудования).

6.Борьба с потерями  при транспортировке (предотвращение  аварий газо- и нефтепроводов).

7.Борьба с  эмиссией (выделением) промышленных  газов в атмосферу.

8.Необходимо применение систем  очистки сточных вод и борьбы  с загрязнением.

9.Обязательная переработка  и утилизация отходов, вторичное  использование отходов.

Рассмотрим более подробно два последних пункта.

Борьба с загрязнением воды

Понимание необходимости регулируемого  водоснабжения и обезвреживания сточных вод возникло очень давно. Еще в Древнем Риме строили  акведуки для снабжения свежей водой  и “Cloaca maxima” - канализационную сеть. бассейна отстойника и тем самым предотвращение засорения канализации и образования продуктов гниения (“дортмундские колодцы” и “ эмские колодцы”).

Другим методом обезвреживания сточных вод была их очистка с  помощью полей орошения, т. е. спуск  сточных вод на специально подготовленные поля. При Однако лишь в середине прошлого столетия начались разработка методов очистки сточных вод и систематическое строительство канализационных сетей в городах.

Сначала были созданы установки  механической очистки. Сущность этой очистки  заключалась в осаждении находящихся в сточных водах твердых частиц на дно просачивании через песчаный грунт сточные воды отфильтровывались и осветлялись. И только после открытия в 1914 г. Биологического (живого) ила 

 

 

 Таблица 4. Физико-химическая очистка сточных вод.

1	Нейтрализация
2	Флокуляция (объединение коллоидных частиц в рыхлые хлопьевидные агрегаты) и осаждение
3	Умягчение сточных вод
4	Очистка скребками и перегонка
5	Адсорбция, ионный обмен, экстракция
6	Обратный  осмос и ультрафильтрация
7	Удаление  аммиака 1. биологические  методы (нитрификация) 2. физико-химические  методы (очистка, ионный обмен,  обратный осмос, отгонка с паром)
8	Окислительная очистка сточных вод 3. сжигание 4. влажное  окисление ·      H2O2 / Fe2+ (реагент Фентона) ·      O3 (озонирование)

 

  

Таблица 5. Предельные значения концентрации загрязняющих веществ в сточных водах нефтеперегонных заводов, направляемых на биологическую очистку. 

 

Вещества  и параметры	Предельные  значения
Масла и жиры	< 75 мг / л
Сульфиды	< 200 мг / л
Осаждаемые вещества	< 125 мг / л
Тяжелые металлы (например, Ni, Cr)	Менее предела токсичности для организмов
pH	5 -9
Температура	< 36 оС

 

  

Таблица 6. Усредненные характеристики просачивающихся вод из хранилищ (свалок) городского бытового мусора (через 6-8 лет после закладки на хранение).

Значение pH	6,5 - 9,0
Сухой остаток	20000 мл / л
Нерастворимые вещества	2000 мг / л
Электрическая проводимость (20 оС)	20000 мкСм / см
Неорганические  компоненты
Соединения щелочных и щелочноземельных металлов (в расчете на металл)	8000 мг / л
Соединения тяжелых металлов (в  расчете на металл)	10 мг / л
Соединения железа (общее Fe)	1000 мг / л
NH4	1000 мг / л
SO2-	1500 мг / л
HCO3	10000 мг / л
Органические  компоненты
БПК (биохимическое потребление  кислорода за 5 суток)	4000 мг / л
ХПК (химическое потребление кислорода)	6000 мг / л
Фенол	50 мг / л
Детергент	50 мг / л
Вещества, экстрагируемые метиленхлоридом	600 мг / л
Органические кислоты отгоняемые водяным паром (в расчете на уксусную кислоту)	1000 мг / л

появилась возможность  разработки современных технологий очистки сточных вод, включающих в себя возврат (рецикл) биологического ила в новую порцию сточных  вод и одновременную аэрацию  суспензии. Все методы очистки сточных  вод, разработанные в последующие  годы и до настоящего времени, не содержат никаких существенно новых решений, а лишь оптимизируют разработанный ранее метод, ограничиваясь различными комбинациями известных стадий технологического процесса. Исключение составляют физико-химические методы очистки, в которых используются физические методы и химические реакции, специально подобранные для удаления веществ, содержащихся в сточных водах (табл. 4).

Сточные воды предприятий (например, нефтеперерабатывающих) вначале подвергаются физико-химической очистке, а затем  биологической. Содержание вредных  веществ в сточных водах, поступающих на биологическую очистку не должно превышать определенных значений (табл. 5). 

Утилизация  отходов.

При разработке совместимой  с окружающей средой системы переработки  отходов ставятся следующие (по порядку  важности) главные задачи:

1. Снижение количества отходов  уже в процессе производства  продукции.

2.Уменьшение отходов за  счет их сортировки при сборе.

3.Широкое вторичное использование  материалов, полученных из отходов.

4. Удаление остающихся после  переработки отходов с минимально  возможным риском для окружающей  среды и здоровья человека. 

 

Виды утилизации отходов:

·складирование;

·сжигание;

·компостирование (неприменим для отходов, содержащих токсичные вещества);

·пиролиз. 

 

Таблица 7. Эмиссия вредных веществ из установок сжигания мусора.

Вредные вещества	Содержание в неочищенных  дымовых газах
HCl	400...1150
HF	2...20
SO2	200...800
NOх	150...400
CO	20...600
Органические вещества	300...500
Пыль	800...15000

 

  

Таблица 8. Среднее содержание металлов в пылеобразных частицах дыма мусоросжигательной печи (10 проб, среднее содержание пыли в отходящих топочных газах 88 мг / м³ )

Состав пыли	Концентрация,  мг / м3	Состав пыли	Концентрация,  мг / м3
Алюминий	12,056	Олово	0,167
Цинк	3,080	Кадмий	0,071
Свинец	1,760	Хром	0,044
Медь	0,185	Ртуть	0,001