168701 (Геохимический круговорот веществ), страница 3

в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Вы­падение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влаж­ности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 1 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшимися в местах оседания капель серной кислоты.

г) Сероводород и сероуглерод. Основными ис­точниками выброса являются предприятия по изготовлению ис­кусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперераба­тывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодейс­твии с другими загрязнителями подвергаются медленному окисле­нию до серного ангидрида.

д) Оксилы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту 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, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества пос­тупают в атмосферу в виде газообразных соединений - фторово­дорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характе­ризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется 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.

Аэрозольное загрязнение атмосферы

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде 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 между собой или с во­дяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб.км. пы­левидных частиц искусственного происхождения. Большое коли­чество пылевых частиц образуется также в ходе производствен­ной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках тех­ногенной пыли приведены ниже:

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС ВЫБРОС ПЫЛИ,МЛН.Т./ГОД

1. Сжигание каменного угля 93,60

2. Выплавка чугуна 20,21

3. Выплавка меди (без очистки) 6,23

4. Выплавка цинка 0,18

5. Выплавка олова (без очистки) 0,004

6. Выплавка свинца 0,13

7. Производство цемента 53,37

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязне­ний воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цемент­ные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе 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. Пос­тоянными источниками аэрозольного загрязнения являются про­мышленные отвалы - искусственные насыпи, образуемые при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий пе­рерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядови­тых газов служат массовые взрывные работы. К атмосферным ядовитым химическим отходам относятся углеводо­роды. Они подвергаются различным превращениям, окисле­нию, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В ре­зультате этих реакций образуются перекисные соединения, сво­бодные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха.

Фотохимический туман (смог)

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного про­исхождения. В состав 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 обмена воздуха в приземном слое при мощной инверсии.

Химическое загрязнение водоемов

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирова­ния поверхностного или подземного водного стока, разнообраз­ные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное 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 выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения. Химическое загрязне­ние представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных при­месей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и неф­тепродукты, органические остатки, поверхностно активные ве­щества, пестициды).

Неорганическое загрязнение

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные ядовитые химические сое­динения. Это соедине­ния мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Боль­шинство из них попадает в воду в результате человеческой дея­тельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а за­тем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным ор­ганизмам. Токсический эффект некоторых наиболее распростра­ненных загрязнителей гидросферы представлен 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):

Сре­ди основных источников загрязнения гидросферы ядовитыми химическими отходами следует упомянуть предпри­ятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 6 млн.т. солей. К 2005 году возможно увеличение их массы до 12 млн.т./год. Отходы, содер­жащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за преде­лы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижа­ет первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печаль­ную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнару­женную японскими учеными у людей, употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбра­сывали промышленные стоки с техногенной ртутью.

Органическое загрязнение.

Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ большое значение для обитателей водной среды имеют и органические остатки (300-380 млн.т./год). Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагуб­но влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедея­тельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе само­очищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как серово­дород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. На­личие суспензий затрудняют также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза.

Нефть и нефтепродукты

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и балластных вод - все это обусловливает присутствие постоянных полей загрязнения на трассах морских путей. Большие массы неф­ти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн.т./год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0,5 млн.т. нефти.

Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифотических и гидроароматических углеводородов. Основные компо­ненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

а) Парафины (алкены). - (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества. Легкие парафины обладают макси­мальной летучестью и растворимостью в воде.

б) Циклопарафины. - (30 - 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения. Кроме циклопентана и циклогексана, в нефти встречаются бицик­лические и полициклические соединения этой группы. Эти соеди­нения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

в) Ароматические углеводороды. - (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, со­держащие в кольце на 6 атомов 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.

Пестициды

Пестициды составляют группу искусственно созданных ве­ществ, используемых для борьбы с вредителями и болезнями рас­тений. Пестициды делятся на следующие группы: инсектициды - для борьбы с вредными насекомыми, фунгициды и бактерициды - для борьбы с бактериальными болезнями растений, гербициды - против сорных растений. Установлено, что пестициды, уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подры­вают здоровье людей и животных. В сельском хозяйстве давно уже сто­ит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к би­ологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителя­ми. В настоящее время на мировой рынок поступает более 5 млн.т. пестицидов. Про­мышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгецидов и гербицидов. Синтезированные инсек­тициды делятся на три основных группы: хлороорганические, фосфороорганические и карбонаты. Хлороорганические инсектици­ды получают путем хлорирования ароматических и гетероцикли­ческих жидких углеводородов. К ним относятся ДДТ и его произ­водные, в молекулах которых устойчивость алифатических и аро­матических групп в совместном присутствии возрастает, всевоз­можные хлорированные производные хлородиена (элдрин). Эти ве­щества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации. В водной среде часто встре­чаются полихлорбифенилы - производные ДДТ без алифатической части, насчитывающие 210 гомологов и изомеров. Полихлорбифенилы (ПХБ) попадают в окружающую среду в ре­зультате сбросов промышленных сточных вод и сжигания твердых отходах на свалках. Последний источник поставляет ПБХ в ат­мосферу, откуда они с атмосферными осадками выпадают во все районах Земного шара.

Синтетические поверхностно-активные вещества.

Детергенты (СПАВ) относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды и морскую среду. СМС содержат полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавоч­ных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизи­рующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербора­ты), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия. Присутствие СПАВ в сточных водах про­мышленнрсти связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химичес­ких технологий, получение полимеров, улучшение условий буре­ния нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудова­ния. В сельском хозяйстве СПАВ применяется в составе пестици­дов.