Реферат: Химическое загрязнение окружающей среды

Химическоезагрязнение среды промышленностью.<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

На всех стадиях своего развития человек был тесно связанс окружающим миром. Но с тех пор как появилосьвысокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширилсяобъём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальнойопасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, всебольше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все большевмешиваться в хозяйство биосферы — той части нашейпланеты, в которой существуетжизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающемуантропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуациюна планете.

Наиболеемасштабным и значительным является химическое загрязнениесреды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них — газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытовогопроисхождения. Прогрессирует инакопление углекислого газа ватмосфере. Дальнейшее развитие этогопроцесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температурына планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общейповерхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена междугидросферой и атмосферой. Не вызываетсомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая краспаду экосистемы. В целом всерассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметноевлияние на процессы,происходящие в биосфере.

Химическое загрязнение биосферы.

Свойреферат я начну с обзора тех факторов, которые приводят к ухудшению состояния одной из важнейшихсоставляющих биосферы — атмосферы. Человек загрязняетатмосферу уже тысячелетиями,однако последствия употребления огня, которым он пользовался весьэтот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию и что сажа ложилась чернымпокровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистыйвоздух и незакопченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха непредставляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая неизмернообширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классическойдревности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.

Такбыло вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние сто лет развитиепромышленности «одарило» нас такими производственнымипроцессами, последствия которых вначалечеловек еще не мог себепредставить. Возникли города-миллионеры,рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.

Восновном существуют три основных источника загрязнения атмосферы:промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников вобщем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчасобщепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений — теплоэлектростанции, которые вместе сдымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургическиепредприятия, особенно цветной металлургии,которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора,частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нуждпромышленности, отопления жилищ, работытранспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферныезагрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно ватмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония.Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющимивеществами и компонентамиатмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенногозагрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химическиепредприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкоготоплива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода. Получается при неполном сгоранииуглеродистых веществ. В воздух онпопадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросамипромышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее1250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составнымичастями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданиюпарникового эффекта.

б) Сернистыйангидрид.Выделяется в процессе сгорания серусодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется пригорении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общееколичество выброшенного в атмосферусернистого ангидрида составило 65 % отобщемирового выброса.

в) Серный ангидрид.Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечнымпродуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, которыйподкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовыхфакелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокойвлажности воздуха. Листовыепластинки растений, произрастающих нарасстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся вместах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургическиепредприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают ватмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

г) Сероводороди сероуглерод. Поступаютв атмосферу раздельно или вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические,нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаютсямедленному окислению до серного ангидрида.

д) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются предприятия,производящие азотные удобрения, азотнуюкислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения,вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.

е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорныхудобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений — фтороводорода или пыли фториданатрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж)Соединения хлора.Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащиепестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь,соду. В атмосфере встречаются какпримесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлораопределяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на1 т. передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг.сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов,смоляных веществ и цианистого водорода.

Аэрозольноезагрязнение атмосферы. Аэрозоли — это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей вряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки.Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц междусобой или с водяным паром. Среднийразмер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегоднопоступает около 1 куб.км. пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногеннойпыли приведены ниже:

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ

ПРОЦЕСС

ВЫБРОС ПЫЛИ,

МЛН.Т/ГОД

1. Сжигание каменного угля

93,600

2. Выплавка чугуна

20,210

3. Выплавка меди (без очистки)

6,230

4. Выплавка цинка

0,180

5. Выплавка олова (без очистки)

0,004

6. Выплавка свинца

0,130

7. Производство цемента

53,370

Основнымиисточниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительныефабрики, металлургические, цементные, магнезитовыеи сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаютсябольшим разнообразием химического состава. Чаще всего в ихсоставе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже- оксиды металлов: железа, магния,марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большееразнообразие свойственно органическойпыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Онаобразуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих,нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источникамиаэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или жеиз отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовыевзрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва(250-300 тонн взрывчатых веществ) ватмосферу выбрасывается около 2 тыс.куб.м. условногооксида углерода и более 150 т. пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязненияатмосферы пылью. Основныетехнологические процессы этихпроизводств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потокахгорячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ ватмосферу. К атмосферным загрязнителямотносятся углеводороды — насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Ониподвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителямипосле возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуютсяперекисные соединения, свободныерадикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовыватьсяособо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха.

Обычноэто происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссиисуществует инверсия — расположения слояболее холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросысосредотачиваются под слоеминверсии, содержание их у земли резковозрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимическоготумана.

Фотохимическийтуман (смог). Фотохимический туманпредставляет собой многокомпонентнуюсмесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. Всостав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами.Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей,интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обменавоздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышеннойинверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаясяинверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ.

Такиеусловия создаются чаще виюне-сентябре и реже зимой. Припродолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекулдиоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарныйкислород с молекулярным кислородом даютозон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен сновапревращатьсяв молекулярный кислород, а оксид азота — в диоксид. Ноэтого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопныхгазов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжащейся диссоциации новые массы диоксида азота расщеппляютсяи дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон.Этот процесс в ночное время прекращается.В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различныеперекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихсяособой реакционной спосбностью. Такие смоги — нередкое явление над Лондоном, Парижем,Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическомувоздействию на организм человека оникрайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причинойпреждевременной смерти городских жителейс ослабленным здоровьем.

Проблемаконтролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями(ПДК). Приоритет в области разработки предельно допустимых концентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК — такие концентрации, которые на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, неухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей.

Обобщениевсей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО(Главной Геофизической Обсерватории. Чтобы по результатам наблюденийопределить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было вышеПДК. Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с ПДК длительного действия — среднеустойчивой ПДК.Состояние загрязнение воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя- индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующее значения ПДК и средниеконцентрации различных веществ спомощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют. Максимальные разовые концентрации основных загрязняющих веществ былинаибольшими в Норильске (оксилы азота и серы), Фрунзе (пыль), Омске (угарный газ). Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города.Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения более 500 тыс. жителей.Загрязнение воздуха специфическими веществами зависит от видапромышленности, развитой в городе. Если в крупном городе размещены предприятия несколькихотраслей промышленности, то создаетсяочень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов многих специфическихвеществ до сих пор остается нерешенной.

Химическое загрязнение природных вод.

Всякийводоем или водный источник связан сокружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формированияповерхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное икоммунальное строительство,транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых,несвойственных ей веществ — загрязнителей, ухудшающих качество воды.Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяютхимическое, физическое и биологическиезагрязнения. Химическое загрязнениепредставляет собой изменение естественных химических свойств вода за счет увеличения содержания вней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так иорганической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностноактивные вещества, пестициды).

Неорганическое загрязнение. Основныминеорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные дляобитателей водной среды. Это соединениямышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадаетв воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаютсяфитопланктоном, а затем передаются попищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферыпредставлен в таблице:

Вещество

Планктон

Ракообразные

Моллюски

Рыбы

1. Медь

+++

2. Цинк

3. Свинец

+++

4. Ртуть

++++

+++

5. Кадмий

++++

6. Хлор

+++

7. Роданид

++++

8. Цианид

+++

++++

9. Фтор

10. Сульфид

+++

Степень токсичности (примечание):

- — отсутствует

+ — оченьслабая

++ — слабая

+++ — сильная

++++ — очень сильная

Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным заразителям водной среды можно отнести неорганическиекислоты и основания, обуславливающие широкий диапозонрН промышленных стоков (1,0 — 11,0) и способныхизменять рН водной среды до значений 5,0 или выше 8,0 , тогда как рыба в пресной и морской воде может существоватьтолько в интервале рН 5,0 — 8,5. Среди основныхисточников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянутьпредприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн.т. солей. К 2000 году возможно увеличение их массы до12 млн.т./год. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районаху берегов, однако некоторая их частьвыносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительноснижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона.Отходы, содержащие ртуть, обычноскапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепиводных организмов. Так, печальную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными улюдей, употреблявших в пищу рыбу,выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбрасывалипромышленные стоки с техногенной ртутью.

Органическоезагрязнение.Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной средыимеют не только минеральные, биогенныеэлементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 - 380 млн.т./год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенноеорганическое вещество, пагубно влияют насостояние водоемов. Осаждаясь, суспензиизаливают дно и задерживают развитие илиполностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих впроцессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовыватьсявредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые привогдят кзагрязнению всей воды в реке. Наличиесуспензий затрудняют также проникновениесвета в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, являетсясодержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действиеоказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержаниякислорода в воде. Поверхностно активные вещества — жиры, масла, смазочные материалы — образуют наповерхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности водыкислородом. Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов иводостоков наблюдается во всех промышленных странах. Информация о содержаниинекоторых органических веществ впромышленных сточных водах предоставлена ниже:

Загрязняющие

вещества

Количество в мировом стоке,

млн.т/год

1. Нефтепродукты

26, 563

2. Фенолы

0,460

3. Отходы производств

синтетических волокон

5,500

4. Растительные органические

остатки

0,170

5. Всего

33, 273

Всвязи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатациейводные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением илинепроточных (водохранилища, озера).

Разлагаясьв водной среде, органические отходы могутстать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическимиотходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера),но и тем, что требуют для своегоразложения много кислорода. Если бытовыесточные воды поступают в водоем в оченьбольших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизится ниже уровня, необходимого дляжизни морских и пресноводных организмов.

Проблема загрязнения Мирового океана (на примере ряда органических соединений).

Нефть инефтепродукты. Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющуютемно-коричневый цвет и обладающую слабой флуорисценцией.Нефть состоит преимущественно из насыщенныхалифвтических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) — подразделяются на4 класса:

а) Парафины(алкены) — (до 90% от общего состава) — устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкиепарафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

б) Циклопарафины- ( 30 — 60% от общего состава) - насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана внефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Этисоединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

в) Ароматические углеводороды- (20 — 40% от общего состава)- ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол, толуол,ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические(пирен).

г) Олефины(алкены) - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленнуюцепь.

Нефтьи нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющимивеществами в Мировом океане. К началу 80-ых годов в океан ежегодно поступалооколо 6 млн.т. нефти, что составляло 0,23% мировойдобычи. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой израйонов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластныхвод, — все это обуславливает присутствие постоянныхполей загрязнения на трассах морскихпутей. В период за 1962-79 годы врезультате аварий в морскую среду поступило около 2 млн. т. нефти. За последние 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн.т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневымистоками.

Объемзагрязнений из этого источника составляет 2,0 млн.т./год. Со стоками промышленности ежегоднопопадает 0,5 млн.т.нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуяслои различной мощности. По цвету пленкиможно определить ее толщину:

Внешний вид

Толщина,

мкм

Количество нефти,

л/ кв.км

1. Едва заметна

0,038

2. Серебристый отблеск

0,076

3. Следы окраски

0,152

еще рефераты