Источники поступления и его последствия

В настоящее время СПАВ - одни из самых распространенных хими­ческих загрязнителей водоемов. Они поступают в водные объекты в ре­зультате их широкомасштабного применения с бытовыми, промышлен­ными и сельскохозяйственными стоками. В сельском хозяйстве поверх­ностно-активные вещества используются для эмульгирования пестицидов. В подземные воды поверхностно-активные вещества попа­дают в результате применения почвенных методов очистки сточных вод, при пополнении запасов подземных вод из открытых водоемов и при за­грязнении почвы этими веществами.

Поверхностно-активные вещества — «экологически жесткие» веще­ства. На их окисление расходуется много растворенного кислорода, ко­торый, таким образом, отвлекается от процессов биологического окис­ления. Кроме этого косвенного вреда детергенты оказывают и прямое токсическое действие на водных животных. Они нарушают функции биологических мембран. Это вызывает жаберные кровотечения и уду­шье у рыб и беспозвоночных животных. Для теплокровных они усили­вают токсическое и канцерогенное влияние других загрязняющих ве­ществ.

Загрязнение атмосферы

Наиболее реакционноспособны в атмосфере радикалы гидроксила, образующиеся при фотодиссоциации молекул воды

Н₂О+ hυ → Н* + OH

OH + hυ → Н* + О

или при фоторазложении озона

O₂ + О → O₃*

О + Н₂О → 2 OH

Реакция между ним и диоксидом азота приводит к образованию важной составляющей кислотных дождей

NO₂ + OH → НNO₃

Газы, имеющие низкие скорости реакций с ОН, накапливаются в тропосфере и проникают в стратосферу, где преобладают химические процессы с участием атомарного кислорода.

Обзор загрязнения атмосферы

Первичное загрязнение

Обычный процесс сгорания топлива описывается как

4СН + 50₂  4С0₂ + 2 Н₂0.

При недостатке кислорода

4СН + 30₂  4СО + 2Н₂0,

или

4СН + 0₂  4С + 2Н₂0.

Могут образовываться и полициклические углеводороды (напр., бенз(а)пирен).

Специфическое действие на человека и животных СО оказывает, связываясь с гемоглобином. В отсутствие СО гемоглобин связывается с 0₂ с образованием оксигемоглобина, транспортирующего кислород с кровотоком внутри организма. Способность СО связываться с гемоглобином в 210 раз превышает тако­вую 0₂. Образовавшийся карбоксигемоглобин не способен переносить кислород. В норме у некурящих людей доля карбоксигемоглобина от общего содержания гемоглобина составляет 0,3-0,5 %. При вдыхании СО содержание карбоксигемоглобина растет и обеспеченность организ­ма кислородом снижается.

Вторичное загрязнение

Вторичное загрязнение атмосферы впервые ярко проявилось в Лос- Анджелесе в годы второй мировой войны. Первичные загрязнители ат­мосферы, образующиеся при сгорании топлива угля и древесины, в наше время уступают первое место по вкладу в загрязнение городского возду­ха веществам, выбрасывающимся двигателями внутреннего сгорания. В цилиндрах двигателей при высоких температурах и давлениях образу­ются окислы азота (NO и NO₂, вместе обозначающиеся как NO_x). Дву­окись азота фотохимически активна и вызывает образование фотохими­ческого смога, реакции в котором и производят действующие загряз­няющие вещества (вторичные загрязнители).

Реакции в фотохимическом смоге:

N 0₂ + hv О + NO,

О + 0₂ + М * О₃ + М,

О ₃ + NO * 0₂ + NO ₂

приводят к образованию озона - главного индикатора фотохимическою смога. Как правило, озон не разрушается в ходе последней описанной реакции, а накапливается, поскольку присутствующие в смоге продукты неполного сгорания топлива (в качестве примера взят метан) и радикалы гидроксила направляют реакцию по пути

ОН + СН₄ Н₂О + СН₃0₂,

СН₃0₂ + N 0  СН₃О + N 0₂,

СН ₃ О + 0 ₂  НСНО + Н0₂

Н0 ₂ + N 0 N 0 ₂ + ОН,

приводящему к дальнейшему росту концентрации двуокиси азота (сле­довательно, к продолжению фотохимических процессов) и образованию альдегидов, которые в ходе дальнейших реакций могут превращаться в другие раздражающие глаза вещества, например, в пероксиацетилнитрат (ПАН) - СНзС00 ₂ N 0₂. И озон, и двуокись азота затрудняют дыхание, озон и альдегиды раздражают слизистые оболочки, вызывают головную боль.

Озон

Возможное разрушение озонового слоя, защищающего жизнь на Земле от губительного воздействия жесткой космической радиации и большей части ультрафиолетовой части спектра солнечного излучения, стало с 1980-х гг. одной из самых обсуждаемых проблем современности.

При взаимодействии высокоэнергетических квантов УФ-излучения с молекулярным кислородом происходит фотораспад последнего:

Оз + hv * О₂ + О

Образовавшийся атомарный кислород реагирует с молекулярным кислородом с образованием озона:

О ₂ + 0 * Оз.

Весь озон, содержащийся в атмосфере, если его сконцентрировать при давлении, равном атмосферному у поверхности, составил бы слой мощностью 3 мм. Поглощение УФ—излучения при синтезе и разложении озона очень велико. Так. излучение с длиной волны 250 нм ослабевает, проходя через озоновый слой в 10³⁰ раз.

Разрушение озона

Озон разрушается в фотохимическом процессе

Оз + hv * О₂ + О,

O ₃ + O 2 O ₂,

вместе с дополнительной реакцией

О+О+М * О₂ + М

М забирает избыточную энергию в процессе реакции. Этим М мо­жет быть молекула 0₂ или N₂. На самом деле в реакциях принимают участие водород, азот и хлорсодержащие формы:

OH + O ₃ O ₂ + HO ₂

HO ₂ + O OH + O ₂

N ₂ O + O  2 NO

NO + O ₃ O ₂ + NO ₂

NO ₂ + O ON + O ₂

Cl + O ₃  O ₂ + ClO

ClO + O Cl + O ₂

Окись азота попадает в стратосферу из двигателей сверхзвуковой авиации, закись азота проникает из тропосферы, источник хлора - хлор-фторуглеводороды (ХФУ), в первую очередь, хлорфторметаны. Можно отметить и то, что в стратосфере присутствует и природный хлор, по­ступающий в атмосферу из океана. Основная его форма — метилхлорид (СН₃С1), но природный хлор составляет только % хлора, переносимого через тропопаузу.

Хлорфторуглеводороды и озон

Наиболее распространенными в настоящее время в атмосфере хлор-фторуглеводородам и (ХФУ) являются Фреон-11 (CFCl₃) и Фреон-12 (CF₂CI₂). Их широкое поступление в атмосферу началось с 1970-х гг. благодаря их использованию для аэрозолей и в качестве охлаждающих веществ.

Под действием УФ-излучения ХФУ фотодиссоциируют с образова­нием атомарного хлора:

Атомы хлора, как сказано выше, становятся катализаторами разло­жения озона:

по суммарному уравнению реакции

Как правило, реакция протекает с участием еще и «третьих веществ» (см. выше):

Т. е. суммарная реакция будет выглядеть как