Техногенное загрязнение окружающей среды

Тема 3.

Загрязнение – есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сельскохозяйственную продукцию, через воду или другие биологические продукты (вещества) (по Ф. Рамаду, 1981 г.).

Вещества, ухудшающие качество окружающей среды, являются загрязнителями. Эти вещества могут быть как природного происхождения (например, вулканические выбросы), так и антропогенного характера. К последним относятся практически все виды деятельности человека – от бытовой до производственной. Все современные промышленные предприятия имеют побочные продукты и отходы производства, которые и являются материальными загрязнителями среды, если они выделяются в воздух, воду или почву. Именно они и являются основными источниками загрязнения среды различными вредными соединениями. Преобразованное в результате технологических процессов природное сырье приобретает новые свойства и становится необходимым человеку продуктом. Побочные продукты и отходы также имеют свойства, а часто и строение, отличающееся от природных соединений, и в большинстве случаев в природе не встречающееся, т.е. чуждое природе, поэтому вещества, загрязняющие среду, называют ксенобиотиками (от греч. хenos – чужой).

Негативное влияние технического прогресса и развития цивилизации мы уточним на представленной схеме 1:

Как видно из схемы проблемы окружающей среды порождены целым рядом причин. Они взаимосвязаны и, свою очередь, являются следствием всего исторического развития человеческого общества. Достижения науки и технический прогресс направлены на повышение комфортности жизни людей, улучшению качества жизни, на развитие человеческого общества, Это привело к созданию новых средств производства, предметов потребления, источников информации. Но концентрация производства, в аграрной сфере в том числе, или одним словом индустриализация, быстрый рост потребления (даже сверх меры), ускоренная урбанизация и рост народонаселения привели к появлению или лучше проявлению многих нежелательным последствиям, проявившимся в отрицательных воздействиях на окружающую среду. Их много Вы их знаете, эти факторы вызывают изменения во всех составляющих биосферы: в атмосфере парниковые газы и повышение кислотности среды, распространение вредных и токсичных веществ в окружающей среде; в гидросфере – загрязнение поверхностных и подземных вод, морей и океанов, нехватку воды и распространение засухи или наоборот наводнения. В почве – эрозию, снижение урожайности, сокращение площадей пашни В общем в глобальном масштабе – рост потребления энергии; радиоактивное загрязнение окружающей среды, уничтожение целых экосистем, в биоценозах – вымирание видов, нарушение экологического равновесия и конечным итогом является состояние здоровья и выживание человечества. На мой взгляд эта схема должна быть представлена в виде некоего цикла, возможно не вполне замкнутого, потому что в этих схемах имеет место взаимное влияние человека и всех последствии на человека. В результате человечество вынуждено искать пути к устойчивому развитию общества в гармонии с природой.

Второй вопрос темы – критерии оценки окружающей среды. На схеме 2 представлены человек и окружающая его среда и влияние среды на человека.

Элементы окружающей человека среды в соответствии с его биологической и социальной сущностями можно подразделить на природные (основные источники жизни – пища, вода, воздух и т.д.), искусственные, т.е. созданные человеком (дома, предметы быта и орудия труда, произведения искусства и т.д.) и социальные (люди и их группы, общество). В среде проживания обычно проживают социальные элементы (члены семьи, сограждане) и искусственные, которые во многом влияют и на качество природных элементов среды (воды, воздуха). Эту среду человек стремится существенным образом изменять, создавая благоприятные условия или при других стремлениях создавать асоциальные условия (алкоголизм, наркомания). Для нашей дисциплины важно охарактеризовать рабочую среду, в которой, в зависимости от профессии индивида отдельные элементы могут быть представлены весьма различно. Например, на промышленных предприятиях преобладает влияние искусственных элементов (технологическое оборудование, здания, сооружения), в сельском хозяйстве напротив преобладают природные с элементами искусственных. В рекреационной среде часто преобладают природные элементы, однако в современных условиях важное место отводится искусственным сооружениям (бассейны, закрытые спортивные сооружения, культурные учереждения и т.д.). Первые конечно предпочтительные, но должна быть культура отдыха для сохранения экологического равновесия в природной среде. Деление среды на виды и элементы функционально и условно, т.к. среда действует на человека во всей своей целостности. На семе представлены состав окружающей человека среды и ее влияние на организм человека и личность. Цветом обозначено: зеленый природа (наибольшее ее влияние – рекреационной среде); синий – искусственная среда (наибольшее влияние – в рабочей среде и среде проживания); красный – другие люди, общество (наибольшее влияние – в рабочей среде и среде проживания). В качестве критериев изменения материального состава окружающей среды используются определенные параметры:

объем производства загрязняющих веществ;

области применения вредных для окружающей среды продуктов; распространение их в окружающей среде;

устойчивость продуктов производства и способность их к разложению; превращения вредных веществ;

их эксико-токсикологические свойства.

Учет и знание объема производства загрязняющих веществ, а также области применения вредных для окружающей среды продуктов (первый и второй критерии) позволяют оценить возможные изменения качества окружающей среды. При этом, важное значение имеет характер применения загрязняющих веществ. Он может быть закрытым, т.е. контролируемым – когда имеются возможности повторного использования или уничтожения данного химического продукта. Открытый характер применения свидетельствует о возможности его свободного распространения в окружающей среде. Термин «распространение в окружающей среде» применяется в основном в естественных природных процессах и определяется физико-химическими свойствами продуктов; физическими процессами, связанными с их переносом; биологическими процессами, принимающими участие в глобальных процессах круговорота веществ; циклическими процессами в отдельных экосистемах. При неконтролируемом характере распространения наблюдается выход вредных веществ за пределы региона применения. Важными стадиями подвижности и распространения продуктов производства в окружающей среде является их перенос различными природными средами (вода, почва, воздух), накопление их в организмах и растениях, перенос их различными формами жизни. Современные сложные математические модели, учитывающие молекулярную массу химических веществ, давление образующегося пара и растворимость в воде позволяют с приемлемой точностью заблаговременно рассчитать концентрацию вредных веществ в контролируемом регионе.

Тенденцию вещества выйти из той фазы, в которой оно находится, называют фугитивностью (летучестью), измеряемой в единицах давления (Па). Процесс фугитивности (улетучивания) осуществляется в результате диффузии.

Диффузия – физический процесс, в ходе которого молекулы, атомы или ионы в результате теплового движения перемещаются из области большей концентрации в область низкой концентрации (пример, выделение аминокислот в градиенте плотности). В пористом объеме почвы диффузия идет медленнее, чем в воздушной и водной средах, и поэтому происходит накопление вредных веществ в почве, адсорбция почвенными комочками загрязнителей

Конвекция – принудительное перемещение растворенных веществ потоком воды, рассчитывается как произведение объемного потока воды (скорости фильтрации) и концентрации растворенных веществ. Конвекция в атмосфере – это перемещение воздушных масс в зависимости от их температуры.

Дисперсия – перераспределение (перемешивание) растворенных веществ в движущейся по порам почвы воде, вызываемое неоднородностью скоростей потоков, в каждом отдельно взятом объеме воды в поре.

Адсорбция – связывание молекул или атомов жидкой или газообразной фазы на поверхности твердых тел.

Разложение – абиотические и биотические реакции.

Пример дисперсии представлен на схеме 4. Схема демонстрирует влияние скорости течения воды на деградационные изменения почвы или эрозию почв. причиной Скорость течения воды в русле потока составляет примерно 2–4 м/с. При стоке по земляному откосу такого же склона она составит уже 0,1–0,15 м/с, а при стоке внутри почвы – только 0,01–0,001 м/с. Такой подпочвенный сток происходит в лесу или на озелененном (кустарником, дерном) склоне. Таким образом причиной эрозии почв являются дисперсия и наличие зеленых насаждений и образования дерна на их поверхности. Таким образом, распространение загрязнений в окружающей среде определяется физическими, химическими и биологическими свойствами как самой среды, так и свойствами загрязнений.

Устойчивость продуктов производства и способность их к разложению; превращения вредных веществ; их эксико-токсикологические свойства оцениваются санитарно-гигиеническими показателями. Преобразование загрязняющих веществ в природной среде происходит в результате биоаккумуляции – накопление в организме вредных веществ; биодеградации – расщепления при участии биологических агентов; биотрансформации- преобразование веществ в организме химического преобразования – химические реакции в воздушной, водной и почвенной среде с образованием новых веществ. В результате этих реакций образуются ксенобиотики – чужеродные для природы соединения. Можно смело утверждать, что биосфера – мощнейший биохимкомбинат. Пример биоаккумуляции – землеройка, живущая у дороги с интенсивностью 10 тыс автомобилей в сутки содержит свинца в 2,5 раза выше, чем землеройка, поселившаяся у дороги с интенсивностью движения 1 тыс. автомашин. В процессе эволюции организм выработал свой набор защитных средств против чужеродных организму веществ, свои методы их обезвреживания. В рабочей среде применяются искусственные способы и технологические схемы для обезвреживания, очистки, обеззараживания производственных выбросов. Вредные вещества практически редко присутствуют в биосфере в единственном числе, поэтому вводится понятие суммирующего эффекта. Организм на суммированное воздействие загрязняющих веществ отвечает различными реакциями.

Выделяют усиление эффекта (синергизм) – превышение реакции в смеси, вызванной действием каждого из веществ в отдельности.

Ослабление эффекта (антагонизм) – меньше эффекта любого вещества в смеси.

Независимое действие – соответствует действию каждого вещества в смеси. Рассмотрим также схему 5 влияния на организм человека шумового загрязнения.

В заключении дадим формулировку термина качество окружающей среды это такое состояние ее систем рекреационной, рабочей, среды проживания, при которой постоянно обеспечиваются обменные процессы энергии и веществ между природой и человеком на уровне, обеспечивающем воспроизводство жизни на Земле. Следующий вопрос загрязнения и их классификация. Из вышесказанного мы можем сделать заключение о том, что наиболее распространенным отрицательным воздейтвием на окружающую среду является её загрязнение. Дадим определение термину загрязнение. Наиболее полное определение этого термина дано ученым-экологом Ф. Рамадом в 1981 г. Загрязнение – есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сельскохозяйственную продукцию, через воду или другие биологические продукты (вещества). Загрязнения классифицируются по характеру воздействия на среду обитания (по Г.В. Стадницкому и А.И. Романову, 1988 г.):

1) ингредиентные (химические), представляющие собой совокупность веществ, чуждых естественным биогеоценозам (бытовые стоки, ядохимикаты, продукты сгорания);

2) параметрические (физические), связанные с изменением качественных параметров среды (тепловое, шумовое, радиационное, электромагнитное);

3) биологические (биоценотические), заключающиеся в воздействии на состав и структуру популяции и отдельных ее представителей – биологических агентов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и др.);

4) стациально-деструкционные (ландшафтные), связанные с нарушением и преобразованием ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (зарегулирование водотоков, урбанизация, вырубка лесных насаждений). Некоторые авторы (Е.И. Тупикин, 2001) добавляют механические загрязнения – пыль, фосфаты, свинец, ртуть, занимающие пространство, верхние слои литосферы при поверхностной добыче сырья (щебень, песок).

В 60-е годы ХХ века садили лесополосы, кто бывал на юге видел их вдоль дорог, в основном садили дикие абрикосы – жерделу для охраны почв степей от ветровой эрозии. Особенно возросли темпы роста ингридиентных и параметрических загрязнений не только в качественном, но и в количественном отношении. Схема поступления загрязняющих веществ в организм человека и участвующие в этом процессе элементы окружающей человека среды:

Антропогенное воздействие на атмосферу может быть прямое и косвенное, т.е. воздействие деятельности человека на окружающую среду, отражающееся на ее ресурсах и вызывающее изменения биосферы. Рассмотрим типы антропогенного воздействия. Атмосфера загрязняется прежде всего в результате сжигания ископаемого топлива – углей, нефти, природного газа, а также сжигания древесины. Загрязнения поступают в атмосферу в виде твердых частиц (пепел, сажа) и в газообразном виде (SО₂; NО_х, СО – окись углерода, и в меньшем количестве – другие вещества). Крупный загрязнитель атмосферы – химическое производство (кроме SО₂; NО_х в зависимости от характера производства в атмосферу попадают частички металла, органических веществ и т.д.). Но самый большой «вклад» в загрязнение атмосферы городов вносит автомобильный транспорт. Прежде всего это касается выхлопных газов двигателей, которые не только содержат СО, альдегиды и другие углеводороды, но и способствуют (особенно в солнечную жаркую погоду) образованию т.н. химического смога с повышенным содержанием озона. Атмосферные загрязнения действуют на организм человека, прежде всего через дыхательную систему. На схеме представлены виды пыли, и пути ее проникновения в организм человека. Конечно, твердые частички вредных веществ отчасти задерживаются эпителием слизистой оболочки дыхательных путей(в носоглотке в бронхах), и чем больше по размеру вдыхаемые частицы, тем скорее они задерживаются в верхних отделах дыхательных путей, а частицы, осевшие в носоглотке и гортани, могут устраняться откашливанием. Частицы же меньше 5 мкм попадают в легкие, и чем частицы меньше – тем глубже. Твердые загрязнения, находящиеся в воздухе (пыль), попадая в организм, вызывают ряд серьезных осложнений и наносят вред здоровью человека. Их влияние различно в зависимости от величины пылевых частиц, их характера и химического состава. Самой опасной является токсичная (ядовитая) пыль. Она образуется, к примеру, при обработке меди, цинка и других металлов. Действуя как яд, она образует у вдыхавшего, временное или хроническое отравление. Поэтому очень важно при работе на таких производствах соблюдать правила безопасности и гигиенические предписания. Изменения в организме вызывает и инертная в химическом отношении (инертные частицы) пыль. Легкие людей, живущих длительное время в запыленной среде, покрываются серым налетом, утрачивают эластичность, дыхание становится затрудненным. «Запыленность» легких часто наблюдается у шахтеров, особенно при несоблюдении ими гигиенических предписаний. Пыль, частицы которой имеют острую форму, особенно кремневая (кварцевая) пыль, разрушают легочную ткань, вызывает силикоз. Этим заболеванием страдают люди, работающие в шахтах, каменоломнях, а также лаборанты, стоматологи, стеклодувы. Особой пылью является пыльца и другие химически активные компоненты живой природы (различные микроорганизмы), а также некоторые химические вещества (например. моющие средства). Они вызывают аллергию. Наиболее частым проявлением этой болезни является насморк, приступы кашля (астматического характера), различные кожные высыпания. Раздражение дыхательных путей пылью вызывает воспаление бронхов, которое обостряется курением. Газообразные вредные вещества, проникая в дыхательную систему, также вызывают болезненные реакции организма. Очень высокое (400 – 500 мг/м³) содержание SО₂ в воздухе, например, при аварийных ситуациях, может привести к резкому сужению дыхательных путей, и человек задохнется. Уже при содержании 1,5 мг/м³ SО₂ появляется ощущение легкого удушья, а более высокое его содержание раздражает слизистую оболочку и вызывает воспаление дыхательных путей. Оксид серы попадает в кровь

Биологические загрязнения делятся на две группы:

─ биотическое загрязнение, связанное с биологическими факторами (распространение сорной растительности, налет саранчи и т.д.);

─ микробиологическое, связанное с распространением болезнетворных микроорганизмов и вирусов (эпидемии гриппа, СПИД), а также выбросов в окружающую среду микроорганизмов-продуцентов в результате работы биотехнологических предприятий (клеток дрожжей рода Саndida при производстве кормовых дрожжей, спор плесневых грибов при производстве ферментов, антибиотиков, различных бактерий при генноинженерных манипуляциях и действиях вооруженных сил).

По агрегатному состоянию загрязнители делят на газообразные (сернистый ангидрид, углекислый и угарный газы, нитрозные газы, сероводород и т.д.), жидкие (сточные воды промышленных предприятий и бытовые стоки, содержащие в растворенном состоянии практически все элементы таблицы Д.И. Менделеева, в различных, иногда очень опасных, соединениях, а также различные микроорганизмы) и твердые (отходы пустой породы после производства фосфорных удобрений, калийной соли, каменного угля и т.д.).

По масштабам и распространению загрязнения делятся на локальные (местные – города и промышленные районы), региональные и глобальные, или трансграничные (за счет переноса воздушными массами).

Важнейшим параметром, определяющим масштабы распространения загрязнителя в атмосфере, является время его жизни в ней. Выбросы с большим временем жизни в атмосфере (годы, месяцы) способны распространяться в окружающей среде в глобальном масштабе независимо от места их выброса – это углекислый газ, фреоны, радионуклиды с периодом полураспада от месяца и больше. Таким образом, наличие таких выбросов от промышленного предприятия приводит к загрязнению атмосферы в глобальном масштабе и является проблемой многих стран.

Выбросы оксидов серы, азота, пестицидов, тяжелых металлов с ограниченным (обычно несколько суток) временем жизни в атмосфере приводят к загрязнению в региональном масштабе. За пределами региона концентрация загрязнений быстро падает, однако в следовых количествах может наблюдаться повсеместно.

Загрязнения в локальном масштабе возникают в результате выбросов вредных веществ с малым временем жизни (грубодисперсные аэрозоли, сероводород и другие вещества, а также оксиды серы и азота, если они выбрасываются из низких источников).

В зависимости от периодичности различают постоянные (непрерывные) и периодические (залповые), в том числе аварийные, выбросы. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят автотранспорт, энергетика, химическая и строительная промышленности. Количество загрязняющих веществ в мире огромно, и число их растет вслед за развитием новых технологических процессов. Однако, есть приоритетные (если можно употребить такое выражение в данном случае) загрязняющие вещества как в локальном, так и в глобальном масштабе:

─ зола, пыли, аэрозоли;

─ диоксид серы (особенность его распространения и вредного воздействия заключается в вымывании его из атмосферы и попадании образующейся серной кислоты и сульфатов на растительность, почву, водоемы в виде кислотных дождей);

─ сероводород;

─ тяжелые металлы: в первую очередь хлориды свинца, кадмия, ртути (с учетом цепочек ее миграции и превращения в высокотоксичную метилртуть), оксид цинка;

─ некоторые канцерогенные вещества, в частности бенз(а)пирен;

─ нефть и нефтепродукты (особенно в морях и океанах);

─ хлорорганические пестициды (применяемые в агроценозах);

─ силикаты (строительные материалы);

─ оксид углерода и оксид азота (в городах, в результате транспортных выбросов);

─ радионуклиды и другие радиоактивные вещества (в результате бомбардировки Хиросимы и Нагасаки, испытательных взрывов атомных бомб и катастрофы на ЧАЭС);

─ диоксины (опасные загрязняющие вещества из класса хлоруглеводородов, возникающие в результате применения различных хлорсодержащих соединений).

В общем объеме выбросов вредных веществ главными загрязнителями – поллютантами в атмосферном воздухе являются твердые частицы (98% выбросов), диоксид серы и оксид углерода.

Дата добавления: 2014-01-11