Химическое загрязнение. Загрязнение атмосферы.

Развитие современной промышленности и сферы услуг, а также

расширяющееся использование биосферы и ее ресурсов, приводит квозрастающему 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 синтетическимивеществами. 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. В массовых масштабах сейчас  производится около 5 тыс. веществ, а в масштабах более 500 т / год - около 13 тыс. веществ. Число веществ, предлагаемых на рынке в заметных масштабах, с 50 тыс. наименований в 1980 г. возросло до 100 тысяч наименований в настоящее время. Из 1338 веществ, производимых в больших масштабах в странах Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), только для 147 имеются некоторые данные об их опасности или безопасности. Из 65 тысяч химических веществ, находящихся в коммерческом обороте, менее 1 % имеют токсикологические характеристики.  Хотя для исследования воздействия химических веществ необходимыогромные затраты: для получения характеристики одного вещества требуется 64 месяца и 575 тыс. долларов, а изучение хронической токсичности иканцерогенности требует дополнительно 1,3 млн. долларов; работа в этой области ведется немалая.  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. 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, алюбой конечный продукт после потребления или использования становится отходом, 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 естественныепроцессы достаточно долго не справляются с этими веществами. Следствием является огромный вред наносимый организмам.Энергетические объекты - источники самых больших объемов химического загрязнения. Вследствие сжигания ископаемого топлива в целях получения энергии в атмосферу сейчас идет мощный поток восстановительных газов.        Загрязнения и отходы энергетических объектов разделяются на двапотока: один вызывает глобальные изменения, а другой - региональные илокальные. Глобальные загрязнители поступают в атмосферу.В атмосфере появились газы, которые раньше в ней практическиотсутствовали - хлорфторуглероды. Последствия накопления глобальных загрязнителей в атмосфере это:· парниковый эффект;· разрушение озонового слоя;· кислотные осадки. Транспорт как источник химического загрязнения Второе место по загрязнению окружающей среды занимает транспорт, особенно автомобильный. В 1992 г. Автомобильный парк мира составлял 600 миллионов единиц и при сохранении тенденции роста к 2015 г. Может достигнуть 1,5 млрд. единиц. Сжигание автотранспортомископаемого топлива повышает концентрации CO(NO_x(CO₂(углеводоро-дов, 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. Химическая промышленность как источник загрязнения   Конечно, по сравнению с энергетикой и транспортом глобальноезагрязнение 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. Воздействие химических веществ на окружающую среду   Рассмотрим более подробно воздействие химических веществ наокружающую 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:1. явственные изменения обычных колебаний численности популяции;2. долгосрочные или необратимые изменения состояния экосистемы. Воздействия на отдельные особи и популяции   Любое воздействие начинается с токсического порога, ниже которого необнаруживается 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. 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. Нарушения обмена веществ и регуляторных процессов в клетке.             Метаболизм клеток может быть нарушен под действием химическихвеществ. 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. 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. Направленное уничтожение отдельных видов растений и животных. Пример: альдегидные, фунгицидные, акарицидные, гербицидные, инсектицидные мероприятия, в особенности в урбанизированных экосистемах. Широко распространившееся уменьшение видового разнообразия организмов. Пример: использование пестицидов и удобрений в аграрных экосистемах. Массированные загрязнения. Пример: загрязнение побережья и экстуарриев рек нефтью при авариях танкеров. Постоянное загрязнение биотопов. Пример: эвторификация рек и озер в результате попадания в них значительных количеств растворенных и связанных соединений азота и фосфора. Глубокие изменения биотопа. Пример: засоление пресноводных биотопов; “современное ухудшение состояния лесов. 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. 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 %). Влияние на экосистему   Под действием химических веществ изменяются следующие параметры экосистемы:· плотность популяции;· доминантная структура;· видовое разнообразие;· изобилие биомассы;· пространственное распределение организмов;· репродуктивные функции. Меры, которые проводятся для минимизации риска использования химических продуктов   Для минимизации риска использования химических продуктов  всоответствии 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 напромышленных предприятиях необходимо проводить следующие меры:· Необходимо проектировать любое производство так, чтобы выбросы были заведомо минимальны.· Необходимо строго соблюдать технологические режимы производства.· Необходима обязательная герметизация оборудования на производствах, где присутствуют и получаются химические соединения (это  касается не только химической промышленности).· Необходимо внедрение непрерывных технологических процессов и замкнутого круга производства, оборотного водопотребления.· Необходимо проводить меры по предотвращению аварий (например, планово- профилактический ремонт оборудования). 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. 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. При просачивании через песчаный грунт сточные воды отфильтровывались и осветлялись. И только после открытия в 1914 г. биологического (живого) ила 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 содержатникаких 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.  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. Утилизация отходов.   При разработке совместимой с окружающей средой системы переработки отходов ставятся следующие (по порядку важности) главные задачи:· Снижение количества отходов уже в процессе производства продукции.· Уменьшение отходов за счет их сортировки при сборе.· Широкое вторичное использование материалов, полученных из отходов.· 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.Наиболее распространено сейчас складирование отходов. Примерно 2/3 всех отходов бытового и производственного происхождения и 90 % инертных отходов складируют в хранилищах - свалках. Такие хранилища занимают большие площади, являются источниками шума, пыли и газов, образующихся в результате химических и анаэробных биологических реакций в толще, а также источниками загрязнения грунтовых вод в результате образования на открытых свалка просачивающихся вод. Отсюда следует, что складирование отходов не может являться удовлетворительным методом их утилизации, и необходимо использовать другие методы.  В настоящее время сжигается до 50 % всех отходах в развитых странах.Преимущества метода сжигания состоят в существенном уменьшении объема отходов и действенном разрушении горючих материалов, включая органические соединения. Остатки от сжигания - шлаки и  зола - составляют лишь 10% первоначального объема и 30% от массы сжигаемых материалов. Но при неполном сгорании в окружающую среду могут попадать многочисленные вредные вещества. Для снижения эмиссии органических веществ необходимо использовать устройства для очистки дымов.Пиролизом называют разложение химических соединений при высоких температурах в отсутствие кислорода, вследствие чего становится невозможным их горение. Хотя пиролиз имеет много достоинств, он обладает и существенными недостатками: сточные воды, поступающие из установок для пиролиза, сильно загрязнены органическими веществами (фенолы, хлорированные углеводороды и др.), а из отвалов твердых остатков пиролиза (пиролизного кокса) под действием дождей происходит вымывание вредных веществ; в твердых продуктах пиролиза, кроме того, найдены высокие концентрации поликонденсированных и хлорированных углеводородов. В связи с этим пиролиз нельзя считать экологически безопасным методом переработки отходов.Человек в процессе своей деятельности производит огромное количество химических веществ, которые негативно воздействуют на окружающую среду. Но в данный момент он не имеет такой технологии, которая бы делала бы деятельность человека абсолютно безотходной.