Механизмы действия некоторых радиопротекторов

Основные группы радиопротекторов

Основные свойства радиопротекторов

Гигиеническое нормирование ионизирующих излучений

Нормирование осуществляется по санитарным правилам и нормативам СанПин 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)». Устанавливаются дозовые пределы эквивалентной дозы для следующих категорий лиц:

• персонал — лица, работающие с техногенными источниками излучения (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б);
• все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий в их производственной деятельности.

Основные пределы доз и допустимые уровни облучения персонала группы Б равны четверти значений для персонала группы А.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) 1000 мЗв, а для обычного населения за всю жизнь — 70 мЗв. Планируемое повышенное облучение допускается только для мужчин старше 30 лет при их добровольном письменном согласии после информирования о возможных дозах облучения и риске для здоровья.

Химическая защита от ионизирующего излучения — вид радиационной защиты, ослабление результата воздействия ионизирующего излучения на организм путем введения в него химических веществ, называемых радиопротекторами.

• Действие при однократном кратковременном облучении
• Эффективность при введении до облучения
• Узкое терапевтическое действие
• Применение в токсических или субтоксических дозах
• Эффективность при внутривенном введении
• Вызывание сильных физиологических и биохимических сдвигов в организме

• Серосодержащие (цистамин, меркаптопропиламин, аминоэтилизотиуроний, глутатион, цистеин)
• Индолалкиламины (триптамин, серотонин, мексамин)
• Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК, нуклеозиды, нуклеотиды)
• Азотсодержащие (амигдалин, малононитрил, цианистый натрий)
• Аминофеноны (пара-, орто-, метааминофенон)
• Галлаты (этилгаллат, пропилгаллат, галловая кислота)
• Разного химического строения: спирты, колхицин, резерпин, берберин, наркотики, комплексообразователи, инертные газы.
• Средства, повышающие естественную резистентность организма: витамины, ферменты, гормоны.

• протекторы, вызывающие снижение концентрации кислорода в тканях.

Такие вещества различными путями создают временную тканевую гипоксию. Локальное снижение концентрации свободного кислорода в тканях вызывает уменьшение возможности образования радикалов в момент облучения, снижение реакции возбужденных молекул с кислородом и снижение реакции образования первичных перекисей.

• Вещества, вызывающие инактивацию свободных радикалов

Защитный механизм этих РП обусловлен их конкуренцией за радикалы, в результате чего суммарный радиобиологический эффект оказывается сниженным.

• SH-протекторы.

Они вызывают увеличение эндогенных сульфгидрильных соединений. Эти соединения лабильны и могут реагировать с образующимися в процессе облучения радикалами, поэтому общий радиобиологический эффект понижается.

• Нуклеиновые кислоты.

- восстановление поврежденной структуры ДНК фрагментами экзогенной ДНК
- нейтрализация действия активированных облучением ядерных нуклеаз
- нейтрализация повреждающего действия свободных гистонов
- дерепрессия хромосом, стимуляция ДНК-зависимого синтеза РНК и белка, стимуляция митотической активности клеток
- пополнение клеточного фонда субстратов, необходимых для синтеза ДНК

Эффективность РП нужно оценивать не только по выживаемости, но и по частоте проявления отдаленных последствий у выживших особей.

Уровни безопасных величин поглощённой дозы излучения измеряемые радиометром или дозиметром, для населения
Естественный радиационный фон везде свой, в зависимости от высоты территории над уровнем моря и геологического строения каждого конкретного района. Безопасным считается уровень радиации до величины, приблизительно 0.5 микрозиверт в ч а с (до 50 микрорентген в час).
до 0.2 микрозиверт в ч а с (соответствует значениям до 20 микрорентген в час) - это наиболее безопасный уровень внешнего облучения тела человека, когда "радиационный фон в норме".
Верхний предел допустимой мощности дозы - примерно 0.5 мкЗв/час (50 мкР/ч).
Сократив время непрерывного нахождения до нескольких часов - люди могут без особого вреда своему здоровью перенести излучение мощностью в 10 мкЗ/час, а при времени экспозиции до нескольких десятков минут - относительно безвредно облучение с интенсивностью до нескольких миллизивертов в час (при медицинских исследованиях - флюорография, небольшие рентгеновские снимки и др.).
Поглощённая доза облучения накапливается в организме, и за всю жизнь, сумма не должна превышать 100-700 мЗв (для жителей высокогорий и районов с повышенной естественной радиактивностью почв, подземных вод и горных пород - привычные им дозы будут находиться в верхнем пределе допустимых значений).

Средняя годовая доза ионизирующих излучений, и внешних и внутренних источников (вдыхаемый воздух, вода, еда), на человека:
- солнечная радиация и космические лучи - от 0.3 миллизивертов в год (на высоте 2000м - втрое больше)
- почва и горные породы - 0.25 - 0.5 мЗв/г (на гранитах светит больше - 1 миллизиверт в год)-жилище,строения- 0.3... - еда- от 0.02...
- вода - до 0.1 милли зиверт (при ежедневном потреблении воды в объёме 2 литра).
- в воздухе (радон и продукты его распада) - 0.2... мЗв/год
Внутренний фон:
- накопленные в костях организма отложения радионуклидов - 0.1-0.5 мЗв/г о д.
- вдыхаемый радон (источник альфа-излучения) - 0.1-0.5 мЗв/год
В сумме, приблизительно - три-четыре миллизиверта в год. Это безопасная суммарная средняя индивидуальная эффективная эквивалентная годовая доза для населения, учитывающая и внешние и внутренние источники облучения (естественные природные, техногенные, медицинские и прочие). В СССР - её величина принималась около 4мЗв/год (приблизительно 0.4 Р/г).
Разовые, вынужденные облучения:
- в медицинских исследованиях: флюорография, рентген лёгких - до 3 мЗв, рентгеновский снимок у зубного врача - 0.2мЗв.
- перелёт на самолёте - 0.005-0.020 миллизивертов в час (основной вклад - от солнечной радиации, на высоте полёта дальней авиации - около 10 км.; при сильных вспышках на Солнце, в годы его максимальной активности в 11-летнем цикле - бывают наибольшие значения).
- сканеры (интроскопы) в аэропортах - до 0.001 мЗв за один акт проверки пассажира.
Ионизирующее радиоактивное облучение, применяемое в медицине для диагностики и лечения (флюрография, рентгенография и компьютерная томография), при частом и чрезмерном применении могут ещё больше навредить здоровью. Поэтому, постановлением главного санитарного врача РФ, указано не превышать при рентгенологических обследованиях в течение года (в том числе при проведении диспансеризации) эффективную дозу от них - 1 миллизиверт.
Естественные и искусственные источники радиации (гамма- и рентгеновского излучения, нейтронов), в том числе и большой мощности, применяются в практике физических, физико-химических и биологических исследований, а также в технике - для целей дефектоскопии (контроля качества и размеров, методами интроскопии - конструкционной стали, стальных листов, проволоки и других мет. изделий, в процессе их изготовления, а так же - для сортирования металлов по маркам и хим. составу, определения содержания некоторых химич. элементов в сплавах и т.п.), в медицине - при лучевой терапии онкобольных, в геологических исследованиях - при поисках полезных ископаемых и др. Для работы с такими источниками необходима надёжная биологическая защита персонала, чёткое соблюдение техники безопасности.

По оценкам ООН, средние годовые дозы, получаемые людьми во всем мире от естественного фонового излучения, составляют 2,4 мЗв/год, а типичный диапазон этих доз – 1-10 мЗв/г. Таким образом, накопленные дозы от естественного излучения, в течение жизни, могут составить около 100-700 мЗв (на разных континентах и в различных регионах планеты - свои значения). Дозы облучения человека могут считаться низкими, если они сравнимы с уровнями естественного фонового излучения, составляющими, обычно - несколько мЗв в год.
Согласно норм Федерального закона "О радиационной безопасности населения" Статья 9. п.2, зффективная доза для человека, в сумме, за период его жизни (принимаемый в расчетах равным 70 лет) - не должна превышать 70 мЗв, что никак не скажется на здоровье и считается безопасным уровнем поглощённой радиации.

Малые дозы при длительном облучении могут быть более опасными по последствиям, чем большие дозы краткосрочного облучения.
Радиационные поражения могут быть:
- соматическими, если радиационный эффект облучения проявляется у самого облученного лица;
- генетическими - и у его потомства.
Наиболее опасны для организма нарушения в системе кроветворных органов и прежде всего в костном мозге. При этом в крови резко уменьшается количество белых кровяных телец - лейкоцитов (в значительной степени уменьшаются защитные силы организма в борьбе с инфекцией), кровяных пластинок - тромбоцитов (ухудшается свертываемость крови) и красных кровяных телец -эритроцитов (ухудшается снабжение организма кислородом). Кроме этого, повреждаются стенки сосудов, происходят кровоизлияния и нарушение деятельности ряда органов и систем.

Кратковременное (до 4-х суток подряд), общее (наиболее опасный случай), однократное облучение

Доза облучения "накапливается" в организме, поэтому надо суммировать непрерывные замеры с радиометра или индивидуального дозиметра, в местах с повышенным уровнем радиации. За всю жизнь, в сумме, значения "накопленной дозы" не должны превышать 100-700 мЗв (в зависимости от местного, привычного уровня фона).
Если суммарная доза кратковременного облучения - меньше 10 мкЗв (десяти микрозивертов), то считается, что излучение фактически отсутствует и его можно не учитывать.
Радиационно-опасные работы, при выполнении которых индивидуальные дозы облучения могут превысить, в течение только одной рабочей смены, 0.2 мЗв (миллизиверт) - выполняются по дозиметрическим нарядам.
до 100 мЗв (10 бэр) – допустимое аварийное облучение населения (разовое). Медицинскими методами не наблюдается каких-либо заметных изменений в тканях и органах.
Разовые эффективные дозы (по риску возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности) свыше 200 мЗв - являются потенциально-опасными, критичными для здоровья дозами.
Облучение дозой 500-1000 мЗв вызывает чувство усталости, наблюдаются умеренные изменения в составе крови. Состояние нормализуется за короткое время. Основная доля радиационного риска - возможность, в будущем, появления онкологических заболеваний (рак крови, кожи, щитовидной железы и т.д.)
1000-1500 мЗв - могут появиться выраженные соматические эффекты (тошното, рвота), нарушение работоспособности, возникают различные формы острой лучевой болезни.
1.5-2.5 грэй (1500-2500 мЗв) - наблюдается кратковременная легкая форма лучевой болезни, которая появляется в виде выраженной, продолжающейся длительное время лейкопении (снижения числа лейкоцитов). В 30-50% случаев может наблюдаться рвота в первые сутки после облучения. При дозах больше 2 грэй - высок риск летального исхода.
2.5-4 Гр (2500-4000мЗв) - возникает лучевая болезнь средней степени тяжести. У всех облученных в первые сутки после облучения наблюдается тошнота и рвота, резко снижается содержание лейкоцитов и появляются подкожные кровоизлияния. Такие дозы - вызывают существенный, непоправимый ущерб здоровью, облысение и белокровие.
Смертельные дозы проникающей радиации:
3-4Гр - повреждение костного мозга, в течение месяца после облучения смертельный исход возможен у 50% облученных (без медицинского вмешательства).
4-7 Гр (4000-7000 мЗв) - развивается тяжелая форма лучевой болезни и высока смертность.
свыше 7 Гр (7000 мЗв) - крайне тяжелая форма острой лучевой болезни. В крови полностью исчезают лейкоциты. Появляются множественные подкожные кровоизлияния. Смертность 100%. Причиной смерти, чаще всего являются инфекционные заболевания и кровоизлияния.
10Гр (10 зиверт) - смерть в течение 2-3 недель.
15 Гр - 1-5 суток и всё

На зараженных территориях радиация может накапливаться в растениях, в рыбе и дичи.
У корнеплодов (свекла, морковь) рекомендуется удалять, срезать на 1,5 сантиметра верхнюю часть, в которой сконцентрированы радиоактивные и токсичные вещества (свинец, кадмий). Капуста накапливает их в кочерыжке и между листьями (в виде осевшей там пыли).

При варке - до половины радионуклидов оказывается в бульоне, поэтому его лучше вылить (в соленой воде - вытягивает сильнее, до 50%). Цезий вымывается - больше, стронций - очень мало). Если бульон, всё-таки, нужен - слить первый, десятиминутный, а дальше - варить до готовности. Мясо, прежде чем готовить, можно вымачивать в воде - час, примерно (порезать, сначала, на мелкие кусочки), с достаточным количеством уксуса.
Практически отсутствуют радиоактивные элементы в крахмале, сахаре, рафинированном растительном масле.
Растения и плоды, которые не накапливают и не содержат радиоактивные элементы: топинамбур.
Стронций-90 накапливается в рыбе - в костях, плавниках и чешуе. Для выявления стронция нужен радиометр, мерящий не только гамма-, но и бетта-излучение.
Для проверки, в домашних условиях, продуктов питания на радиацию - нужен прибор, который называется "бытовой радиометр". Им можно померить, по мощности, "гамма-излучение" (должно быть не больше 50 микрорентген в час). Более серьёзной аппаратурой можно мерить плотность потока "Бета-излучения" с поверхности продуктов, для выявления изотопов Стронция (в норме, прибор покажет меньше 50 частиц с квадратного сантиметра в минуту) и удельную активность радионуклида цезий-137 (допустимые, разрешённые значения активности пробы в беккерелях - до 3.7 х 10³ Бк/кг). "Альфа-частицы" (< 5 ч/мин^. см²) - регистрируются только профессиональной аппаратурой, непосредственно рядом с источником (на расстоянии в несколько сантиметров).

ЛЕКЦИЯ № 5. Загрязнение окружающей среды (атмосфера, литосфера). Виды. Источники. Способы утилизации отходов.

Цели:

1. Систематизация знаний о основных параметрах загрязнения атмосферы, литосферы

2. Формирование представлений о экологических последствиях загрязнения атмосферы, литосферы

3. Готовностью использовать основные методы защиты от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК-11);

Содержание
Основные источники и объемы загрязнений. Ксенобиотики. Пути поступления химических веществ в организм человека. Условия действия химических веществ на живой организм. Международная деятельность в сфере охраны окружающей среды. Проблема отходов и возможные пути ее преодоления.

Интерактивная форма: Учебная дискуссия о антропогенном воздействии на химические процессы в атмосфере и литосфере.

Все проблемы сводятся к тому, что человек в процессе деятельности создает отходы, которые он не уничтожает и не умеет пустить в круговорот.
Получение энергии в настоящее время – основная причина загрязнения среды.
Нефть и природный газ используются во всех сферах человеческой деятельность. Ископаемые углеводороды стоят в первом ряду источников загрязнения, поскольку при их сгорании образуется большое количество отходов.
Этимологически слово «загрязнение» означает осквернять, пачкать, марать, портить. Существует определение, которое опубликовано в 1965 году в докладе официальной комиссии Белого дома США:
«Загрязнение есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровня радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сельскохозяйственные ресурсы, через воду или другие биологические продукты (вещества). Они также могут воздействовать на человека, ухудшая физические свойства предметов, находящихся в его собственности, условия отдыха на природе и обезображивая ее сому».
Дать классификацию загрязнений – дело не легкое, так как существуют многочисленные критерии, по которым ее можно осуществить, но не одна такая классификация не будет вполне удовлетворительной.
Загрязняющие вещества можно сгруппировать по их природе – физической, химической, биологической и т.д. Можно рассматривать с медицинской точки зрения и изучать среду обитания или способ поражения человеческого организма - через пищу, при кожных контактах, при дыхании.
На деле ни один из этих подходов не обеспечивает достаточно удовлетворительного результата, так как воздействие одного и того же вещества могут быть качественно различными. Ртуть, оказавшаяся в почве, затем попадает в атмосферу и воду, вместе с пищей она проникает в организм, при дыхании – в легкие и т.д.
Ниже представлена классификация. В ней сделана попытка найти компромисс между различными точками зрения.

Классификация основных типов загрязнений и вредных веществ

Физические загрязнения
Радиоактивные элементы (излучения).
Нагрев (или тепловое загрязнение).
Шумы или низкочастотная вибрация (инфразвук).
Химические загрязнения
Газообразные производные углерода и жидкие углеводороды.
Моющие средства.
Пластмассы.
Пестициды и другие синтетические органические вещества.
Производные серы.
Производные азота.
Тяжелые металлы.
Фтористые соединения.
Твердые примеси (аэрозоли).
Органические вещества, подверженные брожению.
Биологические загрязнения
Микробиологическое отравление дыхательных и питательных путей (бактерии, вирусы).
Изменение биоценозов из-за неумелого внедрения растительных или животных видов.
Эстетический вред
Нарушение пейзажей и примечательных мест грубой урбанизацией или малопривлекательными постройками.
Строительство индустриальных центров в девственных или мало затронутых человеком биотопах.

Рассеивание, циркуляция и накопление загрязняющих веществ в окружающей среде (биосфере)

Выброс загрязняющих веществ в окружающую среду – явление сложное, не ограничивающееся внешней стороной, а именно выливанием отходов в реку или выходом разноцветных дымов из заводских труб.

Ни одно вещество из тех, что выбрасывается человеком в биосферу, не остается на месте. В большинстве случаев они переносятся на значительные расстояния от места выброса. В результате переноса примесей в воздухе, воде, почве загрязняющие вещества постепенно рассеиваются по всей биосфере.

Но перенос и рассеивание загрязнений в биосфере обусловлено не только циркуляции атмосферы и движением воды в почвах и гидросфере. Любое соединение, загрязняющее естественную среду, может быть поглощено живыми организмами благодаря многогранным метаболическим процессам. Таким образом оно включается в трофические (пищевые) цепи, участвуют в круговороте веществ в биоценозе, оказывая вредное воздействие на многочисленные животные и растительные виды.

Эффект разбавления загрязняющих веществ в воздухе и воде, которое длительное время практиковалось для снижения вредного их влияния, оказался в конце концов ограниченным. Многочисленные исследования показали, что, с одной стороны, живые организмы ускоряют распространение токсичных веществ, увеличивая таким образом площадь зараженных областей, с другой стороны, - они накапливают эти вещества в своем организме. Так, мигрирующая рыба, отравленная в прибрежной зоне, может стать добычей другого вида, который она отравит, когда окажется в районе, удаленном от берегов.

Все живые существа обладают способностью накапливать в своем организме любые вещества, биологически слабо или совершенно не разрушающиеся. Организмы, аккумулирующие токсичные вещества, служат пищей другим животным, которые накопят их в своих тканях. Уровень накопления будет тем выше, чем меньше веществ при постоянстве остальных условий участвуют в обмене.

Постепенно происходит заражение всей пищевой цепи экосистемы, начало которому положили первичные продуценты, «выкачивающие» загрязняющие вещества, рассеянные в биотопе. Хищники и человек, находящиеся в самом пищевой цепи, оказываются обладателями наиболее высокого уровня заражения. В Японии 110 человек погибли, а многие сотни стали инвалидами из-за отравления ртутью, которая содержалась в тканях рыб в 500 000 раз больше, чем в воде залива, в которую выбрасывались ртутьсодержащие отходы химического завода. Таким образом, загрязняя окружающую среду, человек, занимающий по отношению к другим живым существам место суперхищника, сталкивается с эффектом «бумеранга».

Загрязнение атмосферы

Восходящее к заре индустриальной цивилизации атмосферное загрязнение очень сильно возросло в последнее десятилетие во всех развитых странах. Рост промышленности и увеличение числа машин сопровождаются постоянным усилением выброса в воздух дыма, токсические газы и других загрязняющих агентов.

Основные вещества, загрязняющие атмосферу, можно разбить на две группы – газы и твердые частицы. Газы составляют 90% общей массы выбрасываемых в атмосферу веществ, а на долю твердых частиц приходится 10%.

Атмосфера по вертикали делится на несколько слоев, в которых давление с высотой постепенно падает. Это тропосфера, стратосфера, мезосфера и ионосфера (или термосфера). Нас интересуют только два первых слоя наиболее низко расположенные и наиболее плотные. Они играют основную роль в глобальном загрязнении биосферы, поскольку именно в них происходит перенос загрязняющих веществ на большие расстояния от густонаселенных и индустриальных районов. Например, ДДТ обнаружен в снегах Антарктиды (в центральной ее части), на расстоянии многих тысяч километров от ближайшего населенного пункта, где могли употреблять этот инсектицид (Тасмания или юг Аргентины).
Тропосфера – самый нижний слой атмосферы. В ней сосредоточено около 8/10 всей массы атмосферного воздуха. Температура воздуха быстро понижается с высотой вплоть до тропопаузы – верхней границы тропосферы. Над полюсами высота тропопаузы 9 км., над экватором 15 км. На уровне тропопаузы температура воздуха составляет -60ºС. От тропопаузы начинается стратосфера, простирающаяся до высоты около 50 км. В этом слое температура воздуха понижается до минимального для атмосферы значения -85ºС. Хотя озон встречается на всех высотах, но именно стратосфере концентрация его наибольшая. Здесь он образует озонный экран. Максимальная плотность озона достигается на высоте около 30 км. в экваториальных районах и 18 км. – над полюсами. Озонный экран, поглощающий большую часть ультрафиолетовой солнечной радиации, сыграл главную роль в эволюции биосферы, поскольку его защитное действие предопределило заселение континентов живыми организмами.

КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ВОЗДУХА

В зависимости от источника и механизма образования различают первичные и вторичные загрязнители воздуха. Первичные загрязнители воздуха представляют собой химические вещества, попадающие непосредственно в воздух из стационарных или подвижных источников. Вторичные загрязнители воздуха образуются в результате взаимодействия в атмосфере первичных загрязнителей между собой и с присутствующими в воздухе веществами (кислород, озон, аммиак, вода) под действием ультрафиолетового излучения. Часто вторичные загрязнители, например вещества группы пероксиацетилнитра-тов (ПАН), гораздо токсичнее первичных загрязнителей воздуха. Большая часть присутствующих в воздухе твердых частиц и аэрозолей является вторичными загрязнителями.
С учетом токсичности и потенциальной опасности загрязнителей, их распространенности и источников эмиссии они были разделены условно на несколько групп [4]:
1) основные (критериальные) загрязнители атмосферы — оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, твердые частицы и фотохимические оксиданты; 2) полициклические ароматические углеводороды (ПАУ); 3) следы элементов (в основном металлы); 4) постоянные газы (диоксид углерода, фторхлорметаны и др.); 5) пестициды; 6) абразивные твердые частицы (кварц, асбест и др.); 7) разнообразные загрязнители, оказывающие многостороннее действие на организм, [нитроз-амины, озон, полихлорированные бифенилы (ПХБ), сульфаты, нитраты, альдегиды, кетоны и др.
Все критериальные загрязнители относятся к первичным загрязнителям атмосферы. Оксиды азота образуются преимущественно при высокотемпературной фиксации азота и кислорода в силовых установках и двигателях внутреннего сгорания. Оксид азота образуется при электрических разрядах в атмосфере и присутствует в отработавших газах автомобилей. Ежегодно в атмосферу поступает около 5-107 т оксидов азота, из них 53% из антропогенных источников. В конечном итоге оксиды азота превращаются в атмосфере в нитраты.
Диоксид серы образуется при сгорании топлива с высоким содержанием серы (каменный уголь, нефть). Источниками эмиссии этого токсичного газа являются стационарные источники горения, например ТЭС (85—95%), промышленные объекты [производство рафинированной нефти, удобрений, серной кислоты и нефтехимических продуктов (5—10%)], двигатели внутреннего сгорания,(2—7%). Диоксид серы относят к главным и наиболее важным загрязнителям воздуха, опасным для животных и растений и участвующим в образовании фотохимического смога. Общая эмиссия диоксида серы в атмосферу составляет 8 -10? т в год, т. е. значительно превосходит поступление в атмосферу большинства других токсичных химических веществ, и постоянно возрастает пропорционально росту потребления энергии [1].
Оксид углерода — наиболее опасный и чрезвычайно распространенный из газообразных загрязнителей воздуха, токсичность которого обусловлена реакцией с гемоглобином крови. Образование СО происходит при неполном сгорании различного топлива. Естественным источником СО являются лесные пожары и фотохимическое превращение органических соединений в атмосфере. Около 25% СО антропогенного происхождения. Значительное количество (в США почти 40% всех загрязнений атмосферы) оксида углерода поступает в атмосферу городов и промышленных регионов с отработавшими газами автотранспорта. Средняя концентрация СО в атмосфере (около 10~5%) значительно увеличивается (до 3• 10—3 %) в районах автострад и в городах в часы пик [3J.
Предполагается, что в будущем снизится загрязнение воздуха от стационарных источников такими токсичными веществами, как пыль и оксиды серы, углерода и азота. Однако большую опасность будут представлять газы и пары органических веществ и тяжелые металлы (свинец, кадмий, бериллий и др.).
Концентрация углеводородов, выделяющихся в воздух из природных источников, немногим более 1 мг/м3. Ежегодная эмиссия углеводородов составляет 3- 108 т в год, причем 50% этого количества обусловлено работой транспорта, около 15% составляет выделение углеводородов при сгорании жидкого топлива в жилых районах и ТЭС, а 26% приходится на сгорание угля, мусора (в среднем на планете приходится уничтожать около 1 м3 отходов в год на человека) и испарение топлива и растворителей. В «усредненном» автомобильном выхлопе содержится около 400 мг/м3 парафиновых, 120 мг/м3 ацетиленовых, 200 мг/м3 ароматических и 300 мг/м3 олефиновых углеводородов [1].
Содержащиеся в атмосфере твердые частицы представляют собой пыль, песок, золу, сажу, вулканическую пыль и аэрозоли органической (высокомолекулярные соединения) и неорганической природы. Часто токсичность твердых частиц обусловлена адсорбцией на их поверхности таких опасных соединений, как ПАУ или нитрозамины.
Фотооксиданты образуются в атмосфере при взаимодействии реакционноспособных углеводородов и оксидов азота под действием УФ-радиации. В конечном итоге образуются высокотоксичные вещества: пероксиацетилнитрат, пероксибензоилнитрат и др.). Уже при концентрации 0,2 мг/м3 эти соединения обладают резким лакриматорным действием, повреждают растения и разрушают резину. Еще более токсичны пероксибутил- и перок-сипропилнитраты. Соединения этой группы нестойки, особенно при повышенной температуре, и разлагаются с образованием более простых продуктов, например метилнитратов и диоксида углерода [3]. Оксиданты загрязняют воздушный бассейн большинства крупных городов мира, поскольку их образование связано с развитием промышленности и автотранспорта.
Следующая группа загрязнителей — полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — могут быть как первичными, так и вторичными загрязнителями атмосферы и обычно адсорбируются на твердых частицах. Многие из ПАУ отличаются выраженным канцерогенным, мутагенным и тератогенным действием и представляют серьезную угрозу для человека. Основным источником эмиссии ПАУ являются ТЭС, работающие на нефти или каменном угле, а также предприятия нефтехимической промышленности и автотранспорта. Из нескольких миллионнов известных в настоящее время химических соединений лишь около 10000 были проверены на канцерогенную активность. В настоящее время установлено, что 1500 химических соединений, являющихся потенциальными загрязнителями атмосферы, обладают выраженными канцерогенными свойствами (ПАУ, нитрозамины, галогенуглеводороды и др.). Содержание ПАУ и других канцерогенных веществ, попадающих в атмосферу с выбросами промышленных предприятий, составляет в крупных индустриальных центрах около 80% от общего загрязнения окружающей среды.
Следовые количества химических элементов представлены в атмосфере такими высокотоксичными загрязнителями, как мышьяк, бериллий, кадмий, свинец, магний и хром. Они обычно присутствуют в воздухе в виде неорганических солей, адсорбированных на твердых частицах. Около 60 металлов идентифицировано в продуктах сгорания угля. В дымовых газах ТЭС обнаружены ртуть, мышьяк, барий, бериллий, висмут, бром, кадмий, хлор, кобальт, медь, железо, фтор, свинец, марганец, сурьма, молибден, никель, селен, теллур, таллий, олово, титан, уран, ванадий, цинк и цирконий. Для большинства перечисленных элементов их выброс в атмосферу с дымовыми газами ТЭС составляет 3/4 от абсолютного уровня загрязнения воздуха всеми источниками эмиссии этих элементов. При этом максимальное количество загрязнителей попадает в атмосферу при сжигании угля. Но долю этого источника приходится более 95% твердых частиц, 85% оксидов серы, 70% оксидов азота и более 90% следов элементов от общего количества выбросов для всех ТЭС, работающих на угле, нефти и газе.
Помимо продуктов сжигания нефти, свинец выделяется в воздух при извержении вулканов, с отработавшими газами автомобилей и в результате различных производственных процессов [15]. Ежегодно в воздушный бассейн в виде галогенидов попадает около 2-106 т свинца, а ежегодный прирост содержания ртути в окружающей среде промышленно развитых стран составляет 5%. Металлическая ртуть и свинец, а также их металлорганические соединения очень токсичны. Ртуть поступает в атмосферу при извержении вулканов и с выбросами химической, электронной и приборостроительной промышленности. Особенно токсичны и опасны для человека галогенсодержащие металлорганические соединения ртути, которые образуются из металлической ртути и ее неорганических солей под действием микроорганизмов. При сгорании различного топлива только в атмосферу ФРГ ежегодно попадает 40 т ртути, которая оседает на поверхности почвы и водоемов.
Скапливаясь в атмосфере, загрязнители взаимодействуют друг с другом, гидролизуются и окисляются под действием влаги и кислорода воздуха, а также изменяют свой состав под воздействием радиации. Вследствие этого продолжительность пребывания токсичных примесей в атмосфере тесно связана с их химическими свойствами. Для диоксида серы этот период составляет 4 дня, сероводорода — два, оксида азота — пять, аммиака — семь дней, а СО и СН4 в силу своей инертности сохраняются неизменными в течение трех лет [5].
Велика продолжительность пребывания в воздухе малоактивных соединений следующей группы токсичности — постоянных газов (фреоны и диоксид углерода). Сжигание большого количества топлива, а также лесные пожары являются постоянным источником увеличения содержания СОг в атмосфере. Только в США ежегодно при сгорании ископаемого топлива выделяется в воздух 2-109 т диоксида углерода. Основным источником эмиссии фреонов (фторхлорметанов) являются рефрижераторные установки. Аккумулируясь в стратосфере, постоянные газы в результате цепных реакций разрушают слой озона, который защищает расположенные ниже слои атмосферы от солнечного излучения высокой энергии. В результате этого СОг, хотя и не является токсичным в обычном смысле этого слова, по мнению некоторых ученых, является причиной глобального изменения температуры атмосферы Земли, что приводит к изменению климата нашей планеты вследствие «тепличного» эффекта.
Из пестицидов, которые обычно распыляют с самолетов, особенно токсичны фосфорорганические пестициды, при фотолизе которых в атмосфере образуются продукты еще более токсичные, чем исходные соединения.
Так называемые «абразивные» частицы, к которым относятся диоксид кремния и асбесты, при респираторном проникновении в организм человека вызывают серьезные заболевания (например, силикозы). Загрязнения последнего класса, из которых наиболее важны сульфаты, нитраты и нитрозамины, являются продуктами реакций первичных загрязнителей атмосферы. Например, обладающие выраженной канцерогенной активностью нитрозамины, найденные, в частности, и в табачном дыме, образуются в атмосфере при взаимодействии аминов с оксидами азота. К потенциальным канцерогенам относят и такие широко распространенные загрязнители воздуха, как полихлорбифенилы, которые обычно добавляют к пестицидам для усиления действия ядохимикатов.

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Загрязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное действие на людей и животных, на растения, почву, здания и со­оружения, снижает прозрачность атмосферы, повышает влажность воз­духа, увеличивает число дней с туманами, уменьшает видимость, вызывает коррозию металлических изделий.

Различают источники загрязнения природные — обусловленные естественными процессами (извержение вулканов, почвенная пыль, газы из минеральных источников, выклинивающихся на поверхность земли и др.) и антропогенные — возникшие в результате деятельности человека (теплоэлектроцентрали, работающие на твердом, жидком и газообразном топливе, бытовые топки, автотранспорт, металлургическая промышлен­ность, химические предприятия) [0-23]. Несомненно, последние — главная причина загрязнения природной среды.

Сильно загрязняют атмосферу органические вещества, содержащиеся в выбросах предприятий. Существует 2,5 млн химиче­ских соединений и ежегодно синтезируется 250 тысяч новых, из них 3000 обладает канцерогенным действием, 20—30 тысяч веществ вырабатывает химическая промышленность. По данным [86], в промышленности приме­няется более 50 тысяч вредных органических веществ и ежегодно синте­зируется более тысячи новых, но лишь ничтожная часть их проверяется на канцерогенность и мутагенность. В США многие из них беспрепятст­венно внедряются в промышленность, там ежегодно производится 6 мил­лиардов фунтов винилхлорида и 10 миллиардов фунтов этилендихлорида, канцерогенное действие которых на организм человека доказано [86]. Мно­гие пестициды оказывают канцерогенное, мутагенное, эмбрио- и гонадо-токсическое действие [0-79]. В крупных промышленных центрах канцеро­генные вещества составляют 80 % от общего загрязнения воздуха; осо­бенно много канцерогенных веществ содержится в выбросах нефтехими­ческих предприятий [И]. По данным [0-47], наиболее сильно загрязняется атмосферный воздух городов в США, Англии, Бельгии и других стран с

развитой промышленностью. При этом, как правило, в каждом из городов в воздухе содержатся десятки вредных веществ. В Лос-Анжелесе (США) в атмосферном воздухе обнаружено 60 вредных веществ (алканы, алкены, ацетилены, арены); они оказывают не только токсическое, но и фотохими­ческое действие [0-86].

По данным Всемирной организации здравоохранения в мировом про­мышленном производстве используется 600 тыс. токсических химических веществ и ежегодно к этому числу добавляется 3 тыс. новых; в США при­меняется в промышленности 64 тыс. вредных веществ [104].

ХАРАКТЕРИСТИКА ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ

В зависимости от агрегатного состояния выбросы делятся на классы, по химическому составу — на группы, по размеру частиц — на подгруппы.

По особенностям выбросов различают: смог — газообразные и твер­дые примеси в сочетании с туманом или аэрозольной дымкой, образую­щейся в результате их преобразования и вызывающие интенсивное загряз­нение атмосферы; фотохимический смог—образующийся в ре­зультате реакции между примесями в атмосфере под влиянием солнечной радиации; пыль (или дуст)—твердые частицы, образующиеся в газообразной среде при механическом измельчении твердых тел; дым — аэродисперсные системы из частиц с малым давлением паров и малой ско­ростью осаждения под действием гравитации при сгорании топлива на ТЭЦ до 40% твердого несгоревшего топлива.; туман — капли жидкости, образующиеся в атмосферном воздухе при конденсации пара или распыле­нии жидкости; оксиданты — окислители, образующиеся в воздухе в присутствии оксидов азота и реакционных углеводородов.

Для обоснования необходимых мер по охране атмосферного воздуха от загрязнения органическими веществами необходимы аналитические ме­тоды контроля с чувствительностью не выше ПДК.

Вредные органические соединения при поступлении с вдыхаемым воз­духом оказывают токсическое, канцерогенное (вызывают злокачественные новообразования), мутагенное (влияют на наследственность), тератоген­ное (вызывают уродства у рождающихся детей) и аллергенное действие.

Токсическое действие обосновано наблюдениями на волонтерах и экс­периментами на животных и изучается в научно-исследова­тельских институтах и на гигиенических кафедрах медицинских инсти­тутов. Результаты этих исследований служат обоснованием для утвер­ждения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе. Вместе с тем возникает необходимость обосновать токсическое действие на живой орга­низм при поступлении не только с вдыхаемым воздухом, но и суммарно, другими путями — с питьевой водой и пищей. Такие исследования дадут возможность установить предельно допустимую нагрузку токсиче­ского вещества при поступлении в организм всеми путями.

Например, для гептахлора при рекомендуемой в США ПДК с вдыхаемым воздухом 0,5 мг/м3 за 8 ч в организм поступает 7 мг, с питьевой водой при ПДК 0,0001 мг/л при потреблении в сутки 2 л воды в организм поступает 0,0002 мг и с пищей при рекомендуемой ПДК 0,0005 мг на 1 кг массы человека (в среднем 70 кг) в организм поступает 0,035 мг. Следовательно, в сутки в организм человека поступает гепта­хлора с вдыхаемым воздухом 7 мг, с питьевой водой 0,0002 мг (в 35 000 раз меньше) и с пищей — 0,035 мг (в 200 раз меньше). Такая же закономерность о значительном превышении суточного потребления с вды­хаемым воздухом по сравнению с питьевой водой и пищей приводится ав­тором и для других пестицидов.

Канцерогенное или бластомогенное действие на организм вредных ве­ществ при поступлении с вдыхаемым воздухом оказывают некоторые мно­гоядерные арены, ароматические амины, смолистые соединения, альдегиды и нитрозамины.

В крупных промышленных центрах, где размещены химические пред­приятия, канцерогенные вещества составляют до 80 % от общего коли­чества загрязнений атмосферного воздуха; большое количество канцеро­генных веществ выбрасывают в атмосферу нефтехимические предприя­тия.

При установлении опасности выявления злокачественных новообразо­ваний под влиянием вредных органических веществ при поступлении их в организм с вдыхаемым атмосферным воздухом нужно учитывать, что кан­церогенное действие многих веществ обнаруживается лишь через длитель­ный период после начала их действия. Между началом поступления в ор­ганизм человека некоторых канцерогенных веществ и появлением первых клинических признаков заболевания скрытый период действия составляет нередко 20 лет и более. Вот почему при наличии сведений о канцеро-генности химических соединений, выбрасываемых в атмосферу, необходимо либо полностью обезвреживать эти вещества, либо в процессе технологии производства заменять их безвредными.

Сведения о проверке на канцерогенность химических веществ необ­ходимо требовать от химиков-синтетиков при решении вопроса о приме­нении на практике синтезируемого вещества и при разработке технологи­ческой схемы его применения в производстве. Естественно, что заключе­ния о канцерогенной безопасности синтезируемых органических соединений должны давать специалисты-онкологи.

Мутагенное действие на организм оказывает ряд химических веществ: некоторые ароматические амины, в том числе и нитрозамины, альдегиды, галогензамещенные алканы и их производные, винилхлорид. Активные мутагены образуются вследствие реакции со­держащихся в атмосфере премутагенов, в частности 1,2-бензпирена и по­лициклических аренов, с озоном, диоксидом азота и нитросоединениями. Генетическая адаптация человека к поступлению в организм мутагенов из внешней среды невозможна и нужны меры против поступ­ления их во внешнюю среду; к числу мутагенов относятся и некоторые канцерогенные вещества, в том числе и 3,4-бензпирен.

Вместе с тем при изучении мутагенности веществ и при оценке лите­ратурных данных о их мутагенности следует принимать во внимание дозы и концентрации мутагенов, оказывающие вредное действие на организм. Если пороговая доза или концентрация намного выше токсической, то это служит недостаточным обоснованием для доказательств мутагенного дей­ствия вещества и исключения его из производства. В таких случаях мута­генез может быть вызван токсическим действием на гонады, как и на дру­гие жизненноважные органы и ткани. Аллергенное действие, вызванное повышенной чувствительностью орга­низма к воздействию химических веществ, оказывают многие органические соединения. Они вызывают либо общие заболевания (бронхиаль­ная астма и др.), либо болезни кожи (дерматит, экземы и др.).

Органические соединения, осаждаясь из промышленных выбросов, ока­зывают токсическое действие на микрофлору почвы и на растения. Наи­более вредны соединения, отличающиеся высокой стабильностью. Крите­рием стабильности вещества в почве служит период их полураспада (вре­мя, в течение которого снижается в почве, куда поступает токсическое вещество, концентрация его на 50 % по сравнению с исходным значением) и период полного исчезновения на 99 %.

Промышленные выбросы в атмосферу в дальнейшем под влиянием силы тяжести оседают на поверхность почвы и затем частично с поверх­ностным стоком поступают в водоемы, дополняя вредное действие сточ­ных вод, также содержащих вредные органические соединения. Рас­творимые в воде вредные органические соединения, попавшие на поверх­ность почвы с промышленными выбросами, фильтруются почвой и посту­пают в подземные воды. В меженный период при низком уровне воды в водоемах они стекают в поверхностные воды. Таким образом, промыш­ленные выбросы в атмосферу влияют на содержание вредных веществ в источниках водоснабжения.

Промышленные выбросы в городах вредно действуют на здания, па­мятники архитектуры и искусства, искажая внешний вид.

Описаны резкие изменения внешнего вида ценных памятников в го­родах в результате действия на них вредных выбросов в атмосферу.

Загрязнение атмосферного воздуха снижает прозрачность атмосферы и видимость, напряжение солнечной радиации, освещенность жилищ, по­вышает влажность воздуха, увеличивает количество туманов. Влияет на фотохимические реакции в воздухе и образует фотооксидан-ты, пыль, дым.

На степень природного и антропогенного загрязнения воздуха оказы­вают влияние климат и метеорологические факторы: температура воз­духа, температурные инверсии, направление и скорость ветра, степень вер­тикального смешения и рассеивание выбросов. Наиболее неблагоприятные условия рассеивания бывают в зимний период, когда часто бывают штили. Климат и ландшафт местности также оказывает влияние на за­грязнение воздуха.

Во многих городах и промышленных центрах в атмосферный воздух поступают вредные вещества ряда производств; в выбросах каждого из них содержатся несколько компонентов. В атмосферном воздухе промышленных городов обнаружено от 41 до 126 летучих органи­ческих веществ.

При совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких ве­ществ, обладающих суммацией действия, сумма их концентраций при расчете по приведенной формуле не должна превышать единицы

При комбинированном действии токсических веществ необходимо учи­тывать, что большинство из них обладает эффектом суммации действия. Эффектом суммации обладают следующие соеди­нения:

Ацетон, акролеин, фталевый ангидрид,

Ацетон и фенол,

Ацетон и ацетофенон,

Ацетальдегид и винилацетат,

Бензол и ацетофенон,

Валериановая, капроновая и масляная кислоты,

Озон, диоксид азота и формальдегид,

Оксид углерода (П), диоксид азота, формальдегид, гексан,

Изопропилбензол и гидроперекись изопропилбензола, сернистый ангидрид и фенол, сероводород и динил,

Сернистый ангидрид, оксид углерода (II), фенол и пыль конвер­торного производства,

2,3-Дихлор-1,4-нафтохинон и 1,4-нафтохинон,

Ацетон, фурфурол, формальдегид, фенол,

Уксусная кислота и уксусный ангидрид,

Фенол и ацетофенон,

фурфурол, метанол и этанол, гексахлоран и фозалон,

Фенол, сернистый ангидрид, оксид углерода (II) и диоксид азота, циклогексан и бензол,

Этилен, пропилен, бутилен, амилен,

1,2-Дихлорпропан, 1,2,3-трихлорпропан, тетрагидроэтилен

При совместном присутствии в атмосферном воздухе охраняются пре­дельно допустимые концентрации для каждого в отдельности: а) фталевого и малеинового ангидридов, 1-нафтохинона; б) сероуглерода и сероводо­рода. При совместном присутствии в атмосферном воздухе n-хлорфенил-изоцианата и m-хлорфенилизоцианата временно до разработки метода их раздельного определения, нормирование производится по наиболее токсич­ному веществу, т. е. n-хлорфенилизоцианату. В случае последовательного применения гексахлорана, фозалона и бутифоса сохраняются ПДК каж­дого в отдельности. Для вредных веществ, предельно допустимые кон­центрации некоторых утверждены, временные предельно допустимые кон­центрации этих веществ в каждом конкретном случае устанавливаются Министерством здравоохранения СССР.

Если в выбросах оказываются вещества, обладающие эффектом сум­мации вреднего действия или однонаправленным действием, степень очист­ки выбросов должна расчитываться на ПДК во столько раз меньше таб­личного, сколько таких веществ одновременно выбрасывается в атмосферу.

При оценке суммарного поступления вредных веществ в атмосферу каждого населенного пункта необходимо учитывать выбросы всех предприятий, расположенных в населенном пункте, а также выбросы от автотранспорта и естественные источники выбросов. Комбинированное дей­ствие токсических веществ в экспериментах изучалось лишь на 2—3 компонентах, а фактически в атмосферном воздухе их бывает десятки и сотни. На основании таких малокомпонентных опытов устанавливалась суммация действия и выведена формула для определения ПДК при комбинированном действии нескольких вредных веществ.

предприятий, расположенных в населенном пункте, а также выбросы от автотранспорта и естественные источники выбросов. Комбинированное дей­ствие токсических веществ в экспериментах изучалось лишь на 2—3 ком­понентах, а фактически в атмосферном воздухе их бывает десятки и сотни. На основании таких малокомпонентных опытов устанавливалась суммация действия и выведена формула для определения ПДК при ком­бинированном действии нескольких вредных веществ.

Желательно проверить эту закономерность и для отраслей промышлен­ности, содержащих в выбросах значительно больше химических соедине­ний (нефтехимическая промышленность, сульфатцеллюлозная, предприятия органического синтеза, синтетического каучука).

БОРЬБА С ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Это без отходная технология производства, герметизация технологических процес­сов в самом производстве, утилизация вредных отходов и т. п. Рекомендо­ваны планировочные мероприятия, газоочистка и пылеулавливание, рас­сеивание токсических веществ в атмосфере путем строительства высоких труб, замена вредных веществ безвредными в процессе производства, при­менение мокрых способов обработки сырья вместо сухих. Большое зна­чение для создания безотходных производств и технологических мер сни­жения промышленных отходов имеют труды советских ученых Н. Н. Семе­нова, И. В. Петрянова-Соколова, Б. Н. Ласкорина, Н. М. Жаворонкова и др..

На ряде предприятий факельные газы используются для отопления зданий, а их избыток направляется на теплоцентраль. Выбросные газы производства битума полностью сжигаются при 700—750 °С в печи в течение 3 с. В производстве удобрений внедрены технологические схемы с рециркуляцией газов. В производстве красителей хлорированные углеводороды превращаются в хлор, используемый в технологическом процессе. Предприятия строят с подветренной стороны по отношению к жилым районам; установлены минимальные разрывы между промышлен­ными и жилыми районами, заложены между ними защитные зеленые зоны.

Методы извлечения вредных веществ из промышленных выбросов

Содержащиеся в промышленных выбросах органические вещества, осо­бенно во влажном состоянии, извлекаются при высоких концентрациях— каталитическим или термическим сжиганием, при малых концентрациях — адсорбцией; при очень малых концентрациях — адсорбцией с последующим сжиганием. В качестве адсорбентов используются активный уголь, активный кокс, активный оксид алюминия и др.

При разработке мер по извлечению вредных органических веществ из промышленных выбросов принята следующая терминология: неорганизованный промышленный выброс — промышленный вы­брос, поступающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности или работа оборудования; организованный промышленный выброс — выброс, поступающий в атмосферу через специальные сооружения, очистка газа — отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязненного вещества; промышленная очистка газа — очистка газа с целью после­дующей утилизации или возврата в производство превращенного в без­вредное состояние продукта; санитарная очистка газа — очист­ка от остаточного содержания в газе загрязняющего вещества; степень счистки газа — отношение массы извлеченного из газа или прореагировавшего загрязняющего вещества к массе загрязняющего вещества, присутствующего в газе до очистки.

Пылеулавливание и газоочистка. Для улавливания пыли и газов из промышленных выбросов на предприятиях применяется механическая и мокрая газоочистка, скруббера, фильтрование газов через пористые мате­риалы, электрофильтрование. Для улавливания пыли применяются цик­лоны, мультициклоны, электрофильтры, а из отдельных тканей исполь­зуются лавсан, нитрон, полу­шерстяное сукно, стеклоткань, ультратонкое химическое во­локно, ткань Петрянова, винилпласт, пенополиуретан, стекло волокно.

По данным, эффект пылеулавливания составляет: циклоны — 84,2%, мультициклоны — 93,8 %, электрофильтры— 99,0%. разные фабричные фильтры — 99,7—99,9%; по данным [34], электрофильтры осаждают пыль диаметром в 50 и 5 мкм на 99 %, диаметром в 1 мкм на 86 %) фабричные фильтры осаждают пыль диаметрами 50, 5 и 1 мкм на 99%, циклоны — пыль диаметром в 50 мкм на 96%, 5 мкм на 73% и 1 мкм на 27 %. Наиболее совершенные электрофильтры осаждают пыль диаметром в 50 мкм на 100 %, 5 мкм на 99 % и 1 мкм на 98 %.

Для очистки промышленных выбросов от органических газов применяются скруббера, а также адсорбция разными веществами, фабричные фильтры разной конструкции. Скрубберами извлекаются отходящие газы с наивысшим эффектом 80—99 %. а в большинстве случаев до 99 % [0-52]. Эффект извлечения скрубберами для разных промышленных выбросов со составляет в случае сухих газов 60—96 %, влажных 70—99,9 %.

Спирты улавливаются из отходящих газов полностью в горизонтальных скрубберах с последующей адсорбцией активным углем. Синтетические жирные кислоты извлекаются из газовых выбросов на специальной

Амины, меркаптаны, спирты и кетоны извлекаются из промышленных выбросов горизонтальными скруб­берами с последующим удалением остатков активным углем.

Дурнспахнущие вещества, содержащиеся в выбросах предприятий пи­щевой промышленности, обезвреживаются в скрубберах, извлекаются ад­сорбцией и конденсацией, поглощаются различными химическими реаген­тами или сжигаются.

Для извлечения газов из промышленных выбросов применяются ад­сорбенты — активный уголь, силикагели, синтетические цеолиты, катализа­торы. Наиболее часто применяемый активный уголь адсорбирует вредные органические соединения и поглощает запахи.

В производстве бензола адсорбцией извлекается из отходящих газов 92 % органических веществ. Но в большинстве случаев активным углем адсорбируется не более 50 % органических веществ и примерно на­столько же снижается интенсивность запахов. На заводе по произ­водству копировальной бумаги содержащиеся в газообразных выбросах растворители (толуол, ксилол и др.) поглощаются фильтром из стекло­волокна за 60 мин и затем утилизируются в производстве на 95—98 %. На нефтехимических предприятиях меркаптаны и другие токсические и дурнопахнущие вещества извлекаются из газообразных выбросов на установке, состоящей из адсорбентов, фильтров и циклонов; извле­каются не только промышленные, но и вентиляционные выбросы.

Термическое и каталитическое сжигание. Сжигание органических ве­ществ промышленных выбросов проводится при 450—1200 °С, каталити­ческое сжигание (термический катализ) при 400 °С. Конструкция и объем печей рассчитаны на полное сжигание выбросных газов за 0,2—1,0 с. Сжигание органических веществ промышленных выбросов применяется на нефтехимических предприятиях, в производстве метилметакрилата, метанола и ряда других производств.

Каталитическое дожигание вредных органических соединений, содер­жащихся в промышленных выбросах в атмосферу, до диоксида углерода и воды, применяется довольно часто. Во всем мире ра­ботает 9000 установок по каталитическому сжиганию. Подчас за­траты на использование катализаторов из благородных металлов оправ­дываются длительным периодом их применения и высокой эффективностью очистки.

Рассеивание вредных выбросов в атмосфере. В ряде критических об­стоятельств — отсутствие безотходных методов производства и возмож­ности полной или значительной утилизации в процессе производства вред­ных веществ, техническая невозможность или высокая стоимость извлече­ния вредных веществ до необходимой степени; невозможность полной герметизации производства; невозможность удаления источников выброса от жилых районов — используют природные возможности рассеивания вредных веществ в атмосфере. Для лучшего рассеивания вред­ных веществ в атмосфере рекомендуют для мощных источников загрязне­ния строить высокие трубы (до 300—350 м). Эти меры, хотя и сни­жают концентрацию вредных выбросов на ближайших расстояние:: от источников выброса, но не защищают внешнюю среду от загрязнения, выбросы предприятий в атмосферу, содержащие токсические органи­ческие вещества, прослеживаются от источников загрязнения на расстоянии от 200 до 1000 км. На высоте до 2 км выбрасываемая в атмосферу большая часть загрязняющих веществ из промышленных районов цен­тральной части Великобритании и Центральной Европы переносится вет­ром на 1000 км и обнаруживается в Швеции и Южной Норвегии в приземном слое. В Рорвике (Швеция) при юго-западных ветрах (со стороны Великобритании и Центральной Европы) обнаружено 26 полициклических аренов в концентрациях в 13,8 раза больших, чем при северо-восточных ветрах — вне влияния этих загрязне­ний.

Строительство высоких труб для удаления вредных газов в верхние слои атмосферы увеличивает продолжительность превращения окислов га­зов в кислоты и осаждение образовавшихся кислот с атмосферными осад­ками на поверхность почвы происходит за тысячи километров от таких труб; кислотные осадки вредно действуют на сельскохозяйственные куль­туры, лесные массивы, ухудшают качество природных вод, вызывают кор­розию зданий. В озерах США, Канады и Европы после кислых дож­дей гибнут водные растения и рыба.

Радикальным методом защиты атмосферы от загрязнения служит не рассеивание выбросов высокими трубами, а ликвидация выбросов до их поступления в атмосферу.

Методы определения вредных веществ в атмосферном воздухе

Для определения органических вредных веществ в атмосферном воз­духе часто используют хроматографические методы, требующие неболь­ших затрат времени, имеющие высокую чувствительность и погрешность не более 10 %. Этими методами определяют эфиры, кетоны, спирты, аре­ны, другие углеводороды, жирные кислоты, низшие алифатические амины, низшие алифатические спирты, фенолы, карбонильные соединения. В смеси многоядерных аренов в атмосферном воздухе идентифицированы пирен, 1-метилпирен, 4-метилпирен, бензо[α]антрацен, бензоα[α]пирен, 3 изо­мера бензоперилена, антантрен, коронен.

Анализы проводятся в промышленных выбросах и атмосфере, как правило, периодически, хотя их следовало бы выполнять непрерывно. Пе­риодическое определение отличается для каждого соединения трудоем­костью и не может достаточно точно дать истинную картину содержания вредных веществ в течение суток, так как в промежутках между опреде­лениями могут иметь место как более высокие, так и более низкие кон­центрации определяемого соединения.

Менее трудоемки и более точны непрерывные автоматические методы определения. Такие определения дали возможность установить, что в Хью­стоне [штат Техас, США] по винилхлориду максимальная концентрация превышала минимальную более чем в 400 раз, а по углеводородам в 160 раз.

В настоящее время по некоторым веществам в СССР уже применяют­ся самопишущие автоматически действующие приборы для лабораторного контроля с одновременной записью метеорологических факторов. Такие приборы уже внедряются на предприятиях химической и других отраслях промышленности. Описано автоматическое многоканальное уст­ройство для отбора проб воздуха и по каждому каналу одновременно от­бираются 8 проб в течение 5—30 мин. Автоматически определяется в воздухе и суммарное содержание углеводородов без метана. Автоматически действующие приборы для непрерывного определение токсических веществ в атмосферном воздухе описаны во многих публи­кациях.

Ученым и инженерам нашей страны необходимо использовать пере­довой опыт советских и зарубежных авторов для конструирования при­боров автоматического непрерывного определения органических вредно действующих веществ в атмосферном воздухе и промышленных вы­бросах.

Правилами контроля качества воздуха населенных мест [ГОСТ 17.2.3.01—77] установлены 3 категории постов наблюдения: стационарный, маршрутный и передвижной (подфакельный). Регламентируется разме­щение постов, их число, программа и сроки наблюдения, методы контроля, местоположение и минимальное число стационарных постов. Результаты наблюдений должны быть разовые (20—30 мин), среднесуточные и сред­негодовые.

В дальнейшем необходимо изучать токсичность многих других, еще мало исследованных органических веществ для разработки методов охраны атмосферного воздуха и контроля за соблюдением законодательства по его охране.

ЛЕКЦИЯ № 6. Загрязнение окружающей среды (гидросфера) (2 часа).

Цели:

1.Систематизация знаний о основных параметрах загрязнения гидросферы

2. Формирование представлении о экологических последствиях загрязнения гидросферы

3.Готовность использовать основные методы защиты от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК-11);

Содержание
Загрязнение окружающей среды (гидросфера). Виды. Источники. Способы утилизации отходов.

Интерактивная форма: Учебная дискуссия о антропогенном воздействии на химические процессы в атмосфере и гидросфере.

Не менее опасны сточные воды. Несмотря на строительство очистных сооружений и другие мероприятия, снижение негативного воздействия таких сточных вод на окружающую среду является важной проблемой всех урбанизированных территорий. Особая опасность в этом случае связана с бактериальным загрязнением среды обитания и возможностью вспышек различных эпидемических заболеваний. Опасные отходы сельскохозяйственного производства – навозохранилища, оставшиеся на полях остатки ядохимикатов, химических удобрений, пестицидов, а также не обустроенные кладбища животных, погибших в период эпидемии. Хотя эти отходы имеют точечный характер, их большое количество и высокая концентрация в них токсичных веществ могут оказать заметное отрицательное воздействие на окружающую среду. В связи с тем, что масштаб и интенсивность воздействия твердых и опасных отходов па окружающую среду оказались более значительными, чем представлялось раньше, а его характер и влияющие природные факторы слабо изученными, нормативные требования СНиП и ряда ведомственных инструкций, касающиеся выбора участков, проектирования полигонов и назначения зон санитарной охраны, следует признать естнедостаточно обоснованными. Нельзя признать удовлетворительным и такое положение, когда зона санитарной охраны полигона и применяемое оборудование выбираются по сущву произвольно, без учета реальных процессов загрязнения и ответных реакций биосферы на функционирование свалок твердых и опасных отходов. Необходима комплексная, по возможности исчерпывающая оценка всех параметров воздействия отходов на все жизнеобеспечивающие природные среды, позволяющая выяснить пути и механизмы проникновения загрязняющих веществ в пищевую цепь и организм человека.

Переработка промышленных отходов

Сегодня в среднем на каждого жителя планеты в год добывается около 20 т. сырья, которое е использованием 800 т. воды и 2.5 кВт энергии перерабатывается в продукты потребления и примерно 90 - 98 % идет в отходы. При этом доля бытовых отходов на одного человека не превышает 0,3-0,6 т. в год. Остальное составляют промышленные отходы. По масштабам извлекаемого и перерабатываемого сырья - 100 Гт/год хозяйственная деятельность человека приблизилась к деятельности биоты - 1000 Гт/год и превзошла вулканическую деятельность планеты - 10 Гт/год. При этом расточительность использования сырья и энергии в хозяйственной деятельности человека превышает всякие разумные пределы. И если в развитых странах сельскохозяйственные отходы утилизируются на 90 %, корпуса автомашин па 98 %, отработанные масла на 90 %. то значительная часть промышленных и строительных отходов, отходов горнодобывающих и металлургических производств практически полностью не утилизируются. Человечество преуспело в создании орудий производств и технологий уничтожения себе подобных и практически не занималось созданием промышленности по переработке отходов своей деятельности. В результате помимо ежегодного прироста объема переработанных промышленных отходов, в том числе токсичных, во всем мире существуют и старые захоронения (свалки), число которых в промышленно - развитых странах исчисляется десятками и сотнями тысяч, а величины объемов отходов достигают сотен миллиардов тонн. Таким образом, если говорить о реабилитации окружающей среды, имея ввиду планомерную переработку отходов (в первую очередь особо опасных), то потребуются затраты в десятки и сотни миллиардов долларов в год на протяжении десятилетий.

Таким образом, данные показывают непрерывный рост не перерабатываемых промышленных отходов, не говоря уже о неучтенных свалках, старых захоронениях, инвентаризация которых даже не начиналась и где содержится около 86 млрд. т. отходов (1,6 млрд. т. токсичных). Госкомэкология подготовила проект Федерального закона Об отходах производства и потребления, который внесен Правительством РФ в Госдуму на рассмотрение и ожидается ею принятие в 1997 году. Введение этого закона в действие поставит на юридическую основу работу по обращению с отходами производства и потребления. Таким образом, в мире и в России основная масса отходов, в том числе опасных, накапливается, складируется или захоранивается. Ряд стран для захоронения используют затопление в море (океане), что, по нашему мнению, должно быть полностью запрещено международными соглашениями вне зависимости от класса опасности отхо дов. Это в некотором роде и нравственная проблема; произвел — переработай (складируй) на своей территории, а не используй в качестве свалки то, что принадлежит всем (моря, горы, леса). Собственно переработке промышленных отходов сейчас подвергается не более 20 % от общего объема.

Экологические последствия химического загрязнения природных вод
Для озёр, болот, прудов и других стоячих вил характерны большая площадь поверхности и небольшая скорость движения воды. В связи с этим смена воды и её обогащение кислородом происходит очень медленно. Все озера неизбежно исчезнут с лица Земли вследствие поступления продуктов эрозии, приносимых впадающими в них реками, а также бурного развития водной растительности и других организмов, вселяющих данный фитоценоз. Этот процесс, называемый эвтрофикацией, происходит результате повышения продуктивности вод озера и спит с увеличением количества питательных веществ, в частности; фосфатов и нитратов, что способствует быстрому осту водных растений. При этом постепенно ускоряется седиментация, т.е. озеро уменьшается, затягивается илом и постепенно исчезает.
В естественных условиях эвтрофикациня происходит очень медленно, в масштабе геологических эпох.
Процесс обогащения озёрных или морских вод минеральными солями также называется эвтрофикацией.
Человек ускоряет эвтрофикацию, так как сбрасывает в озёра и закрытые моря значительные количества органических веществ, способных к брожению, а также сточных вод, богатых фосфатами (моющие средства, химические удобрения) и нитратами.
Сегодня все большие альпийские озёра и самая большая в мире экосистема Великих озёр находится под угрозой или на пути к ускоренной эвтрофикации. В состоянии полной эвтрофикации озёрная система, так же как и текучие воды, перенасыщенные органическими отходами, уже полностью заражены и совершенно безжизненны. При химическом загрязнении многие пестициды, в частности, все гербициды, токсичны для фитопланктона, что приводит к снижению численности рыб. Кроме того, рыбы чувствительны к некоторым загрязняющим веществам, что связано с особенностями их жаберной циркуляции. Пестициды (даже такие безопасные, как аминотриазол) воздействуют на гонады и стерилизуют животных. При загрязнении морских вод углеводородами (нефть) часто гибнет икра и молодь. При использовании моющих средств для очистки морских вод от нефти гибнут моллюски, мидии, крабы, креветки и другие обитатели моря.
В настоящее время Ла-Манш, Северное и Средиземное моря, всё в большей степени загрязняемые нефтью, постепенно становятся непригодными для обитания морских птиц. Так, было подсчитано, что ежегодно от 20000 до 50000 особей, представителей 50 видов (из которых 14 утиных), населяющих побережье Нидерландов, становятся жертвами этого катастрофического загрязнения. В Великобритании погибают до 250 000 птиц в год.
После улетучивания более лёгких фракций, оставшаяся в море нефть подвергнется разложению с помощью бактерий (биодеградация). Различные виды углеводород, входящие в состав нефти, разлагаются аэробными бактериями и грибами, которые еще полностью не изучены. Эта микрофлора разлагает нефть на составляющие, токсичности которых ещё почти не исследована. Процесс бактериального воздействия длится в течение многих недель или месяцев, затем образуются образования диаметром до 10 см, дрейфующие по поверхности океана.
Прожорливые морские рыбы заглатывают эти комочки, накапливают значительные количества токсичных веществ, которые, продвигаясь по пищевым цепям, могут дойти до человека и отравить его.
На примере загрязнения ртутью видно, какие ужасные последствия имеет пагубное влияние современной технологии на биосферу. Вследствие того, что некоторые производные ртути распадаются с помощью бактерий (биодеградируют) очень слабо, ртуть имеет тенденцию накапливаться в организмах живых существ.
В работах японских и шведских учёных было доказано, что ртуть, сбрасываемая в воду в составе органических или минеральных соединений, неизбежно превращается в метил-ртуть, которая очень слабо биодеградирует. Последняя накапливается в различных организмах, входящих в зараженную трофическую цепь. Человека, отравленного метил - ртутью, поражает болезнь Миномата по названию японской бухты, воды которой содержали это соединение, впервые обнаруженное в 1953 г. Тогда эта болезнь поразила рыбаков, основную пищу которых составляли продукты моря.
Для этой болезни характерны нарушение сенсорной и моторной функций организма, сужение поля зрения, ухудшение слуха, потеря разума. Из 116 зарегистрированных случаев 43 имели летальный исход.
Загрязнение озёрных и морских экосистем метил - ртутью отмечается не только в Японии, но и на северном побережье Средиземноморья, в прибрежных районах Нидерландов и Швеции, а также в некоторых канадских озёрах. Причём, источник неизвестен.
Кроме того, загрязнение ртутью, как и любое загрязнение, имеет множество опасных последствий. Так, у не болевших женщин из района Миномата родились дети с серьёзными врожденными аномалиями.

Тепловое загрязнение
При тепловом загрязнении вод (выбросе тепла в окружающую среду) происходит разрушение биоценозов. Тепловое загрязнение возникает, когда ископаемое топливо и расщепление урана добавляют тепло к солнечной радиации. Основной источник теплового загрязнения вод - производство электроэнергии, хотя в некоторых районах сталелитейные и другие отрасли тяжёлой промышленности также могут в значительной степени способствовать этому загрязнению.
При этом происходит сброс тёплой воды в пресноводную или морскую среду, и повышается температура природных вод.
Повышение температуры способствует гибели водорослей с высокими пищевыми свойствами (для беспозвоночных и позвоночных) и увеличению водорослей с низкими аналогичными свойствами, поэтому видовое разнообразие и количество беспозвоночных сокращается.
К беспозвоночным относятся вислоногие рачки (дафнии), как пресноводные, так и морские, гаммариды, последние составляют важную часть питания молоди лососевых рыб, личинки различных насекомых (пища для рыб), моллюски и другие. Морские беспозвоночные более уязвимых к тепловому загрязнению. Причем, фауна теплых морей более чувствительна, чем фауна холодных, так как обитатели теплых морей живут при температурах, близких к максимуму, который они могут выдержать в отличие от представителей фауны морей высоких или умеренных широт.
Что касается рыб, то для них существует верхняя летальная температура (ВЛТ). Это тот предел, выше которого рыбы гибнут от избытка тепла. По аналогии существует и нижняя летальная температура (НЛТ). Допустимый интервал лежит между этими границами. Причем НЛТ можно повысить, если рыбы будут находиться в течение некоторого времени под воздействием определенной температуры, называемой температурой акклиматизации. Так для плотвы ВЛТ повышается на один градус каждый раз, когда температура акклиматизации, увеличивается на три градуса. Однако существует предел температуры, выше которого акклиматизация невозможна, то есть происходит мгновенная смерть. Предел температуры акклиматизации для плотвы равен 34" С, для кеты 23,9° С. Вообще говоря, лососевые - стенотермные рыбы: они могут приспособиться только к небольшим изменениям температуры.
Изучение теплового загрязнения континентальных вод показывает, что изобилие рыб наблюдается при благоприятной температуре для каждого вида и количество рыбы уменьшается при температуре выше благоприятной. Причем ВЛТ у икринок и молоди рыб ниже, чем у взрослых особей, поэтому тепловое загрязнение губительно для нерестилищ рыб, особенно лососевых.
Для костных рыб, имеющих большое промысловое значение, любое повышение температуры чревато понижением пищевого ритма, более медленным приростом массы, более ранним половым созреванием и началом вымета икры, а также меньшей продолжительностью жизни. Так, верхняя граница долголетия лещей из озер Карелии 18 лет, тогда как в Каспийском море продолжительность жизни индивидуумов более 10 лет- редкое исключение.
Изучение влияния теплового загрязнения на рыб заставило службы защиты окружающей среды различных стран определить нормы температуры для континентальных вод. Эти органы призывают ограничить повышение температуры зимой до 5-6° С, ибо любое сильное повышение температуры отрицательно влияет на лососевых и других видов рыб. В США максимальная температура воды зимой не должна превышать 15°С, а летом 21 °С градус для лососевых и 26°С для карповых,
Наконец, гибель большего числа рыб может быть связана с механическим шоком, вызванным сбросом вод, охлаждающих системы атомных и тепловых электростанций. Организмы, обитающие в районе станции, смываются и наталкиваются на решетки и другие заградительные устройства станции или внутренние узлы цепи охлаждения.

Радиоактивное загрязнение
Радиоактивное загрязнение происходит вследствие радиоактивного излучения, состоящего из элементарных частиц (электроны, нейтроны, космические лучи); или ионизированных атомов гелия (альфа-лучи). Это излучение невидимо и перемешается с высокой скоростью. Глубина проникновения излучения в живой организм зависит от его вида. Так альфа лучи задерживаются очень гонким поверхностным слоем кожи. Нейтронное излучение гораздо опаснее предыдущею. Это объясняется большим размером нейтронов и отсутствием у них электрического заряда, а также их большой кинетической энергией. Они могут вызвать суицч-1 ценные нарушения в клетках живых организмов, например, оторвать часть цепочки нуклеиновой кислоты. Однако нейтроны не представляют особой опасности с экологической точки зрения, так как они встречаются лишь в непосредственной близости от реакторов или же образуются в момент ядерного взрыва. Электроны (бета-лучи) могу! проникнуть на несколько сантиметров в глубь тканей; гамма-лучи и космические лучи могут пройти сквозь многометровые свинцовые стены, гамма-лучи - электромагнитные волны очень высокой энергии.
Рассматриваемое радиоактивное излучение является ионизирующим, так как обладает свойством вырывать электроны с внешних орбит атомов, то есть ионизировать их. Образующиеся при этом ионы химически очень активны. Они способны изменять различные свойства живой клетки и приводить ее к.гибели ил Мутация - это изменение в наследственном
аппарате организма.
С давних пор все живое на Земле приспособилось к естественной радиоактивности, особенно когда жизнь начала зарождаться на континентах, так как здесь не было того защитного слоя, каким является вода.
Во всех естественных биотопах всегда наблюдается определенный уровень радиации, даже при отсутствии каких-либо технических источников. Радиация обнаружена как на поверхности континентов, так и в морях. Она поступает из литосферы и космического пространства. Земная поверхность служит источником гамма-лучей, так как она содержит природные радиоактивные элементы: уран, торий, радий, актиний, и другие элементы. Кроме того, в почве и воде встречаются два
радиоактивных элемента: калий К ⁴⁰и углерод С¹⁴, которые активно внедряются в живой организм. В атмосфере встречается радон - инертный газ, являющийся продуктом распили радия.
Вся биосфера подвергается воздействию излучений, приходящих из космоса: солнечного миря и космических лучей высокой энергии. Солнечный ветер - это поток протонов и электронов из солнечной короны. Космические лучи не только воздействуют на живые организмы, но и являются причиной образования трития (водорода-3) и углерода -14 в верхней атмосфере в результате столкновения некоторых частиц с ядрами азота.
Все живые существа в естественных условиях находятся под постоянным воздействием различных внешних и внутренних источников радиоактивных излучений. Это воздействие, как правило, является очень слабым. При этом достаточно высоких уровнях радиации адаптацию людей к ним следует считать удовлетворительной.
Использование ядерных веществ для производства электрической энергии, применение радиоактивных элементов в промышленности и в научных исследованиях, систематическое и нередко излишнее употребление их в медицинской практике, длительное пребывание у экранов телевизоров ощутимо увеличивает количество источников радиации, которой подвергается современный человек.
Прежде, чем рассматривать экологические последствия радиоактивного загрязнения, уточним некоторые понятия радиобиологии.
Некоторые изотопы радиоактивны. Изотопы – элементы с одинаковым порядковым номером, но с разной атомной массой. Так как изотопы имеют одинаковое число электронов, химические свойства их одни и те же.
Явление радиоактивности заключается в самопроизвольном распаде одного химического элемента и превращении его в элемент с другим порядковым номером. Это превращение сопровождается излучением, зависящим от свойств элемента.
При распаде радиоактивного вещества его масса с течением времени уменьшается. Время, в течение которого масса радиоизотопа уменьшается вдвое, называется периодом полураспада. Например, для аргона-41 он составляет 2 ч, для урана^-238 - 4,5 млрд. лет.
Из сказанного вытекает экологическое следствие: единственная практическая возможность уничтожить радиоактивность - это предоставить радиоактивному веществу возможность распадаться самопроизвольно, I. е. борьба с радиоактивным загрязнением может носить предупредительный характер. Не существует никаких способов биологического разложения и нет никакого другого механизма, который позволил бы исключить этот вид заражения окружающей среды.
Экологическое значение разных радиоактивных изотопов различно. Радиоактивные вещества с коротким периодом полураспада (менее 2 сут.) не представляют большой опасности (исключая случаи взрывов), так как они сохраняют высокий уровень радиации в зараженном биотопе непродолжительное время.
Вещества с очень длинным периодом полураспада, например уран-238. также почти безопасны, поскольку они в единицу времени испускают очень слабое излучение. Таким образом, наиболее опасными радиоактивными элементами являются те, у которых период полураспада изменяется от нескольких недель и месяцев до нескольких лет. Этого времени достаточно для того, чтобы эти элементы смогли проникнуть в различные организмы и накопиться в пищевых цепях. Воздействие изотопов простых элементов, которые являются основными слагаемыми живого вещества (углерод-14, фосфор-32, кальиий-45, тритий, сера-35 и т. д.), оказывается более опасными для биоценоза, чем воздействие редко встречающихся веществ, слабо или совсем не поглощаемых организмами.
Стронций-90 и цезий-137, сходные по своим химическим свойствам с кальцием и калием - наиболее опасные радиоактивные то гоны, которые могут отравить окружающую среду, поступив в нее в виде отходов атомной промышленности или при выпадении радиоактивных осадков, после ядерного взрыва в атмосфере. Стронций вследствие своего сходства с кальцием легко проникает в костную ткань позвоночных, цезий накапливается в мускулах, замещая калий. Так как период полураспада этих элементов соответственно равен 28 и 33 годам, они остаются в зараженном организме и могут накапливаться в количествах, способных причинить ущерб здоровью.
Степень опасности радиоактивного вещества зависит от энергии испускаемых им частиц. Так, альфа-лучи, испускаемые нлутонием-239, слабо проникают в глубь тела, но обладают очень высокой энергией - свыше 3 Мэв. Вследствие этого каждая альфа-частица способна ионизировать до 100000 молекул. Обладающие высокой энергией бета-частицы (более 1 Мэв) могут ионизировать лишь:6300 молекул.
Для сравнения степени заражения различных биоценозов и количества радиации, полученной каждым организмом, используют различные единицы радиоактивности:
1 кюри - излучение, возникающее при распаде 3,7*10 |0 атомов в 1 с, что равно количеству энергии, испускаемой 1г радия за 1с. Это весьма большая величина, поэтому используют микрокюри (I МкК"и=10 Ки) и нанокюри (1 Ннки=10). В радиационной биологии основная единица - рад. Это поглощенная доза излучения, при которой 1 гр. живого вещества поглощает энергию, равную 10Дж. Единица производная от рада, -бэр. Он учитывает поправку, называемую относительной биологической эффективностью (ОБЭ). ОБЭ отражает зависимость поглощения ионизирующей радиации от ее физической природы. При равной начальной энергии альфа а, бета/?, гамма/ и реи истин кис лучи, а также нейтроны оказывают различное воздействие. Так, при прочих равных условиях ОБЭ медленных нейтронов в 10 раз больше ОБЭ гамма у или рентгеновских лучей с энергией 320 Кэв. Допустимая доза излучения для населения -0,15 б 1Р/М1Д.
Все воздействия ионизирующей радиации можно разбить на две четкие группы: соматические и зародышевые (генетические). Воздействия первой группы затрагивают физиологию особи и вызывают различные нарушения, начиная от значительного снижения средний возможности выжить и кончая мгновенной гибелью. Воздействия второй группы и нити на потомство.
Наименее чувствительны к облучению бактерии, более всего подвержены облучению теплокровные позвоночные. Чувствительность к облучению зависит от возраста облучаемой особи. Молодые животные и особенно эмбрионы более уязвимы, чем взрослые особи.
Возможно, что со снижением иммунитетных реакций связана большая подверженность облучения млекопитающих раковым заболеваниям.
Исследования различных источников ионизирующих излучений, воздействующих на современного человека, позволили заметить тенденцию к увеличению их интенсивности. Медицинская рентгеноскопия и телевизоры служат основными источниками облучения населения промышленно развитых стран. В 1969 г. американское бюро по защите от радиации рекомендовало не располагаться на одном уровне с катодной трубкой и позади нее, а также не находиться ближе 2м от экрана телевизора.
Последние эпидемиологические данные по изучению воздействий слабых доз ионизирующей радиации показывают, что нижний предел воздействия отсутствует. Доза, не вызывающая никаких последствий, есть нулевая доза. Мирное применение атомной энергии сопровождается легальным заражением окружающей среды.

Экологические последствия радиоактивного загрязнения
К 1963 г., когда был подписан Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой, в атмосфере Земли уже находились продукты взрыва бомб общей мощностью свыше 170 мегатонн, это эквивалентно примерно 8500 бомбам, подобным той, что была взорвана и Хиросиме,
В период ядерных испытаний (в 1954-1962 гг.) в атмосферу поступило 9Мки стронция-90 и 14Мки цезия-137. Опыт показал, что радиоактивные примеси при вовлечении их в глобальную циркуляцию атмосферы заражают даже самые удаленные от места испытания районы.
Осаждающиеся на землю радиоактивные примеси, первоначально рассеяные в атмосфере, попадают в почву и воду, а затем оказываются влеченными в биомассу.
Как показали многочисленные исследования, существуют благоприятные условия для накопления в почве двух важных радиоактивных элементов - стронция-90 и цезия-137. Часть радиоактивных осадков попадает в растения через корневую систему, часть - через поверхность листа. Большая часть осевшего на листьях растений стронция или цезия очень скоро попадает в их плоды и зерна.

Испытания атомных или водородных бомб сопровождались очень быстрым заражением пищевых цепей континентальных и океанических экосистем.
Пища человека загрязнена в различной степени; наиболее сильно заражены продукты животноводства, поскольку стронций-90 и иод-131 содержатся в молоке, а цезий-137 - в молочных продуктах и мясе. Пищевая цепь почва - травы - рогатый скотмолоко (мясо) - человек сильно подвержен загрязнению радиоактивными веществами. Радиоактивный йод, образовавшийся при атомных испытаниях - очень опасное загрязнение, так как он концентрируется главным образом в щитовидной железе и
поражает её.
Радиоактивные осадки вызывают также заражение вод океана, а, следовательно, и его обитателей. Так, после испытания первой американской водородной бомбы на атолле Эниветок в 1953 г. японская рыболовная служба заметила, что тунцы, пойманные на расстоянии многих тысяч километров от этого атолла, были заражены до такой степени, что стали непригодны для употребления в пищу.
Атомная промышленность может быть источником радиоактивного загрязнения на трех этапах: 1) при добыче и обогащении ископаемого сырья; 2) при использовании его в реакторах; 3) при переработке ядерного горючего в установках.
Если при добыче ископаемого сырья и его переработке загрязнение невелико, то потенциальная возможность заражения среды от атомных реакторов выше, особенно на заводах по производству ядерного горючего.
Однако следует отметить, что существуют технические возможности создания реакторов, не выбрасывающих никаких радиоактивных отходов в окружающую среду. Но производство ядерного горючего на заводах без отходов немыслимо.
Проработав определённый срок в батарее, блок с радиоактивными элементами разряжается, затем радиоактивные вещества доставляются на заводы по переработке, где из них, кроме всего прочего, извлекают плутоний-239. Подобные заводы - это наиболее серьёзные источники заражения окружающей среды радиоактивными отходами. Большая чисть отходов храниться в герметических сосудах, но криптон-85, ксенон-133, часть иодн-131 помп шип и атмосферу при уплотнении радиоактивных отходов. Кроме того, тритий, стронций-90, цезий-137, рутений-106, цезий-144, иод-131 сбрасываются в реки и моря вместе с малоактивными жидкостями. Небольшой завод по производству ядерного горючего ежегодно сбрасывают от 500 до 1500 кубических метров воды, зараженной этими радиоактивными примесями.
Для дезактивации радиоактивных отходов радиоактивных контейнерах до полной их безопасности необходимо время, равное примерно 20 периодам полураспада. Так, для цезия-137 она составляет 640 лет (период полураспада 32 года) и 490 тысяч лет для плутоннн-239 (период полураспада 24500 лет). Герметичность контейнеров в течение таких периодов трудно обеспечить.
Избавиться от радиоактивных отходов атомная промышленность не способна, она не может ни уничтожить, ни изменить радиоактивное излучение. Опасность накоплении от ходов должна заставить уменьшить допустимую концентрацию в 10000 раз по сравнению с принятой в настоящее время. Различия в оценке совокупности канцерогенных воздействий велики. Так, общие количество новообразований, вызванных допустимым максимумом облучения от различных технологических источников, определенным Международной комиссией по защите от радиации в 170 Мбэр/год, составляет 160 в год, В докладе Национальной академии наук США эта величина принята равной 30000 случаев на 1бэр.
Следует обратить внимание на опасность радиоактивных смол. Если подобная смола попадает в желудок хотя бы одной рыбы из миллиона, то 125000 человек в год могут получить опасные дозы кобальта-60, феррума-55, таллия-182.
Быстрый рост атомной энергетики, потенциальное загрязнение, обусловленное применением ядерных взрывов в мирном строительстве, служат основанием для предположения о резком увеличении количества радиоактивных отходов, от которых будет необходимо себя охранять. Современные методы разбавления и удаления отходов не гарантируют защиты окружающей среды и человека. Такое положение не может не сопровождаться значительным возрастанием радиоактивности окружающей среды.

Пестициды (от лат. pestis — зараза и caedo — убиваю, ядохимикаты) — это широкая группа химических веществ, обладающих токсическими свойствами по отношению к тем или иным живым организмам — от бактерий и грибков до растений и вредных теплокровных животных. Пестициды используются для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителями хранящейся сельскохозяйственной продукции, с эктопаразитами у домашних животных. К пестицидам относятся химические средства стимулирования роста растений (ауксины, гиббереллины, ретарданты) и его торможения, препараты для предуборочного удаления листьев и подсушивания растений.

Имеется несколько классификаций пестицидов по различным признакам.

Пестициды классифицируют по назначению.

Гербициды — препараты для борьбы с сорняками, для подавления их роста.

Инсектициды — средства для борьбы с насекомыми-вредителями.

Фунгициды — средства, убивающие грибы и их споры.

Специфические пестициды, к которым относятся:

бактерициды — применяются против бактериальных инфекций;

ратициды — уничтожают крыс, мышей, сусликов;

зооциды — уничтожают животных;

афициды - для борьбы с тлёй;

акарициды - против клещей;

Моллюскоциды - для борьбы с моллюсками;

нематоциды - для борьбы с круглыми червями;

граминициды - уничтожают нежелательные злаки;

арборициды - уничтожают древесную и кустарниковую растительность;

реппеленты - используются для отпугивания животных;

аттрактанты - для привлечения животных;

хемостерилизаторы - для стерилизации животных;

дефлоранты - для удаления цветов и завязей;

дефолианты - химические препараты, вызывающие старение листьев и искусственный листопад, что ускоряет созревание и облегчает уборку, в основном хлопчатника;

десиканты - химические препараты, вызывающие обезвоживание тканей растений, что ускоряет их созревание и облегчает уборку урожая, в основном хлопчатника, риса, клещевины, картофеля.

Пестициды классифицируют по химическому составу.

Хлорпроизводные углеводороды, которые обычно слабо растворимы в воде, очень устойчивы ко всем видам разложения и могут сохраняться в почве десятилетиями, аккумулируясь при систематическом применении. К ним относятся: (ДДТ),

Фосфорорганические соединения (ФОС) (карбофос, фосфамид, метафос, амифос и др.) в почве и других природных средах распадаются сравнительно быстро. При этом они отличаются высокой эффективностью и избирательностью действия и их применение весьма перспективно. К ним относятся: дихлофос.

Производные карбоматов — сложные эфиры карбаминовой кислоты. Широко используются в современном сельском хозяйстве. Отличаясь высокой токсичностью для отдельных видов насекомых, эти препараты почти полностью безвредны для теплокровных животных и человека. Например,(севин).

Производные хлорфеноксикислот - производные простых органических кислот (уксусной, масляной, пропионовой). К ним относятся:

2, 4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-D),

2, 4, 5-трихлорфеноксиуксусная кислота (2, 4, 5-D).

Пестициды классифицируют по характеру действия:

Сплошные -действующие на все виды растений и использующиеся для уничтожения нежелательной растительности вокруг промышленных предприятий, на обочинах дорог, лесных вырубках, в канавах и водоемах и т.п.

Избирательные (селективные) - опасные для определенных видов растительности и используемые для уничтожения сорняков в агроценозах.

4) Пестициды классифицируют по токсичности (при однократном
поступлении в организм). ЛД₅₀ при употреблении данной дозы 50% организмов погибает.

Сильнодействующие - с величиной средней летальной дозы (ЛД₅₀) до 50 мг/кг.

Высокотоксичные - с величиной ЛД₅₀ 50...200 мг/кг. Среднетоксичные - с величиной ЛД₅₀ 200... 1000 мг/кг. Малотоксичные - с величиной ЛД50 более 1000 мг/кг.

5) По кумулятивным свойствам пестициды делятся на обладающие:
сверхкумуляцией - коэффициент кумуляции менее 1;
выраженной кумуляцией - коэффициент кумуляции 1...3;
умеренной кумуляцией - коэффициент кумуляции 3.5;
слабовыраженной кумуляцией - коэффициент кумуляции более 5, где коэффициент кумуляции - отношение суммарной дозы препарата при многократном введении к дозе, вызывающей гибель животных при однократном введении.

Пестициды - это яды, которые поражают не только животных вредителей, растений-сорняков и возбудителей болезней культурных растений, но и многих полезных животных и растений, а также представляют серьёзную опасность для человека, нарушая обмен веществ, повреждая структуры клеток, в том числе аппарат наследственности. Результаты исследований по воздействию пестицидов свидетельствуют об их мутагенном, канцерогенном, гонадотоксическом и терратогенном действии на животных и человека. Многие пестициды проникают в организм на ранних этапах эмбрионального развития. Они могут накапливаться в репродуктивных органах, оказывать воздействие на генеративную функцию, что фиксируется при изучении потомства по возрастанию погибших эмбрионов, появлению врождённых уродств. Рассмотрим воздействие на организм человека ДДТ.

ДДТ был первым из множества пестицидов, при помощи которых люди надеялись улучшить качество своей жизни. Учёные до сих пор пытаются понять, каким образом он вызывает широкое и неожиданное воздействие на окружающую среду и здоровье человека. ДДТ часто называют дустом в чем различие? Дуст это порошковая форма использования ДДТ с содержанием действующего вещества около 10% остальные 90% тальк.

ДДТ широко использовали по всему миру в 1950 — 60-е годы, как в сельском хозяйстве, так и для борьбы с малярией. В связи с воздействием ДДТ на популяции диких животных и птиц (особенно хищных), в 1 970-е годы многие страны постепенно отказались то применения ДДТ. В некоторых регионах мира продолжали использовать этот пестицид для борьбы с малярией, хотя в настоящее время многие страны используют комплекс других мер контроля за заболеванием.

ДДТ впервые синтезировали в 1874 году, а в 1930-х годах швейцарский химик Пауль Мюлллер открыл возможность его использования в качестве инсектицида. Он оказался настолько эффективным в здравоохранении и военной гигиене (преимущественно в качестве дезинсектанта против вшей), что в 1948 году Мюллеру была присуждена Нобелевская премия в области медицины и физиологии. Были высказаны пожелания, что из-за недостатка ДДТ невозможно победить многих возбудителей, как показало время, многие были не правы.

Во времена Второй Мировой войны солдат и население обрабатывали порошком ДДТ для предупреждения болезней (сыпной тиф), которые передаются насекомыми (вшами). В результате это была первая из войн, в которой от тифа погибло меньше людей, чем от пуль противника.

На протяжении 1950 — 60-х годов ДДТ активно использовался в сельском хозяйстве для защиты полей от насекомых. В это время он рассматривался как чудо в борьбе против переносчиков таких болезней, как малярия и энцефалит. Использование ДДТ против комаров-переносчиков малярии резко снизило смертность от этого заболевания. Если ещё в 1948 году только в Индии погибло от малярии более трёх миллионов человек, то в 1 965 году в этой стране не было зарегистрировано ни одного случая малярии. В Греции в 1938 году был один миллион больных малярией, а в 1959 году всего 1 200 человек.

Именно благодаря ДДТ удалось спасти миллионы жизней, и именно за это Мюллер по праву получил Нобелевскую премию. В своё время Всемирная организация здравоохранения утверждала, что недостаточное количество ДДТ является угрозой здоровью общества. Однако, спустя 2...3 десятилетия, выявилось и негативные экологические последствия использования ДДТ и других пестицидов.

Впервые негативные последствия применения ДДТ были обнаружены в штате Флорида, где орнитолог-любитель, с 1939 года наблюдавший за поведением орлов, в 1947 году обратил внимание на неудачные попытки птиц обзавестись потомством и их необычное брачное поведение. На другом побережье США были зарегистрированы нарушения репродуктивной функции чаек. Эти явления связывали с воздействием ДДТ. В 80-е годы негативное воздействие ДДТ и др. хлорорганических пестицидов проявилось также в нарушении репродуктивного здоровья аллигаторов озера Алопка. В крови самцов крокодилов было менее половины нормального уровня мужского гормона тестостерона.

ДДТ, как и некоторые другие СОЗ (стойкие органические загрязнители), распространяются в окружающей среде всего земного шара, даже пингвины Антарктиды содержат в своём теле ДДТ. Особое беспокойство вызывает их накопление в окружающей среде Арктики - одной из наиболее ранимых экосистем.

Из-за широкого спектра воздействия ДДТ вместе с вредными насекомыми уничтожились и полезные. А устойчивость приводила к тому, что ДДТ накапливался в пищевых цепях и оказывал губительное воздействие на их верхние звенья. Дальнейшие исследования показали, что ДДТ оказывает влияние практически на все живые организмы. Он накапливается в тканях млекопитающих и является канцерогеном, мутагеном, эмбриотоксином, нейротоксином, иммунотоксином, изменяет гормональную систему, вызывает анемию, болезни печени.

ДДТ сильно влияет на птиц, приводя к утончению скорлупы, препятствуя тем самым нормальному выведению птенцов, уменьшает воспроизводство у рыб и змей.

При исследовании экосистемы озера Мичиган была обнаружена следующая градация накопления ДДТ в пищевых цепях: в донном иле озера - 0,014 мг/кг, в ракообразных, питающихся на дне - 0,4 мг/кг, в различных рыбах - 3...6 мг/кг, в жировой ткани чаек, питающихся этой рыбой - свыше 200 мг/кг.

В СССР активное производство и использование ДДТ началось в 1946 — 1947 гг., когда были построены заводы в Москве, Дзержинске и Чебоксарах. В течение 1950 — 1970-х гг. использовались около 20 тыс. тонн гербицида в год, в результате чего загрязнено огромное количество земель по всей территории бывшего Советского Союза.

В 1969 — 1970 гг. ДДТ был исключен из официального списка пестицидов, используемых в бывшем СССР. Однако и после этого производство и применение ДДТ не прекратилось. Даже в 1986 г., через 16 лет после официального запрета, производство ДДТ составляло 1 0 тыс. тонн в год. До конца 80-х годов ДДТ использовался «в порядке исключения» в Узбекистане и во многих областях России.

Пестициды поступают в биосферу путём непосредственного внесения или с протравленными семенами, отмирающими частями растений, трупами насекомых; мигрируют в почве, водах. Они оказывают неодинаковое воздействие на почвенную биоту и биохимическую активность почв. Особую опасность представляют стойкие и кумулятивные пестициды: триазин, сим триазин, хлордан, гептахлор — они обнаруживаются в почве спустя десять и более лет после применения. Поступая в почву, пестициды мигрируют вниз по профилю с нисходящими токами дождевых и оросительных вод, причём скорость и глубина миграции зависят от дозы токсиканта, его летучести и адсорбируемости, а также от водного и теплового режимов почвы. Остаточные количества пестицидов обнаруживают на глубине 200 см и более.

При поверхностном стоке, вызываемом осадками или орошением, пестициды перемещаются по поверхности почвы, скапливаясь в её депрессиях. Попадая в почвенно-грунтовые воды в малых концентрациях, пестициды изменяют к худшему органолептические свойства воды (вкус, запах). Присутствие 5... 10 мкг/л дихлорфенола придаёт воде специфический запах и делает её непригодной для питья. В годы массового применения ДДТ на хлопковых полях этот пестицид обнаруживали в артезианских скважинах на глубине 80 м, а его концентрация в арыках превышала допустимую в 3.4, а иногда и в десятки раз.

Содержание стойких пестицидов в природных водах обычно очень мало (в природной воде - 1 0-7 мкг/л и 1 0-9 мкг/л - в морской) благодаря эффекту разбавления. Однако они способны накапливаться в различных звеньях трофической цепи. В конечных звеньях трофической цепи концентрация пестицидов может достигать высоких значений и приводить к катастрофическим результатам. Например, было замечено снижение воспроизводства некоторых хищных птиц, таких как коричневый пеликан, бермудский буревестник, скопа, орёл. Изучение данного факта показало, что накапливаемые в организме пестициды способны подавлять деятельность ферментов, контролирующих обмен кальция в организме. Это ведёт к тому, что скорлупа яиц становится тонкой и слабой, легко повреждается при механических воздействиях.

Пестициды накапливаются также и в организме рыб. Последствием этого является снижение сопротивляемости болезням, уменьшение толщины жаберных мембран, нарушение теплорегуляции, учащенное дыхание, ухудшение репродуктивных функций. В конечном счёте, это ведёт к уменьшению рыбных популяций.

Фосфорорганические соединения обычно менее устойчивы, чем хлорорганические производные, но зато чрезвычайно токсичны. Например, паратион примерно в 30 раз более ядовит, чем мышьяк. А тетраэтилпирофосфат настолько токсичен, что одна его капля при приёме внутрь или при контакте с кожей ведёт к летальному исходу.

К счастью, эффект накопления фосфорорганических соединений в трофической цепи практически равен нулю. Это, впрочем, не должно особенно успокаивать, поскольку во многих случаях поведение продуктов распада этих соединений в воде плохо изучено. Не исключено, что сами эти продукты являются токсичными и устойчивыми. В частности, уже упомянутый выше паратион распадается на тиофосфорную кислоту и n-нитрофенол. Оба эти вещества способны оказать серьёзное воздействие на водную систему, в которой они могут сохраняться продолжительное время (при определённых условиях).

Установлено, что распад пестицидов происходит быстрее в южных районах и медленнее в условиях холодного климата. Замечено также, что влияние пестицидов оказывается более длительным в щелочной среде, в нижнем течении рек и понижениях рельефа.

Дата добавления: 2014-01-04