Химическое загрязнение среды промышленностью

1. Вступление

2. Химическоезагрязнение атмосферы

а) Основныезагрязняющие вещества

б) Аэрозольноезагрязнение

в)Фотохимический туман (смог)

г) Контроль завыбросами загрязнений

в атмосферу(ПДК)

3. Химическоезагрязнение природных вод

а)Неорганическое загрязнение

б) Органическоезагрязнение

4. ЗагрязнениеМирового океана

а) Нефть

б) Пестициды

в) СПАВ

г) Канцерогены

д) Тяжелыеметаллы

е) Сбросотходов в море (дампинг)

ж) Тепловоезагрязнение

5. Загрязнениепочвы

а) Пестициды,как загрязняющий фактор

б) Кислотныедожди

6. Заключение

На всех стадияхсвоего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилосьвысокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резкоусилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее исейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расходневозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает изэкономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все большевмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которойсуществует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающемуантропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболеесущественных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию напланете.

Наиболеемасштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственнымией веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольныезагрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накоплениеуглекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будетусиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температурына планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мировогоокеана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности.Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо-и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значениехимического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущаяк распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можноприписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы,происходящие в биосфере.

Свой реферат яначну с обзора тех факторов, которые приводят к ухудшению состояния одной изважнейших составляющих биосферы - атмосферы. Человек загрязняет атмосферу ужетысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовалсявесь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешалдыханию и что сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища.Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и незаконченныестены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, иболюди обитали тогда небольшими группами, занимая неизмерно обширную нетронутую природнуюсреду. И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольшойтерритории, как это было в классической древности, не сопровождалось ещесерьезными последствиями.

Так было вплотьдо начала девятнадцатого века. Лишь за последние сто лет развитиепромышленности "одарило" нас такими производственными процессами,последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возниклигорода-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великихизобретений и завоеваний человека.

В основномсуществуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность,бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общемзагрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчасобщепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство.Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасываютв воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенноцветной 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 результатесжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта,сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнителиразделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные,являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферусернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парамиводы и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида саммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результатехимических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющимивеществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки.Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловыеэлектростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки,потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива.Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксидуглерода. Получается при неполном сгорании углеродистых 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 ссоставными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, исозданию парникового эффекта.

б) Сернистыйангидрид. Выделяется в процессе сгорания серусодержащего топлива илипереработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серывыделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только вСША общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65% от общемирового выброса.

в) Серныйангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктомреакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, которыйподкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадениеаэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечаетсяпри низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений,произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бываютгусто усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседаниякапель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и чернойметаллургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионовтонн серного ангидрида.

г) Сероводороди сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе в другимисоединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия поизготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические,нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии сдругими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

д) Оксилыазота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотныеудобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения,вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу,составляет 20 млн.т. в год.

е) Соединенияфтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия,эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие веществапоступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пылифторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом.Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединенияхлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих солянуюкислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт,хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора ипаров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и ихконцентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработкеего на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов иядовитых газов. Так, в расчете на 1 т. передельного чугуна выделяется кроме12,7 кг. сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц, определяющих количествосоединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов,смоляных веществ и цианистого водорода.

Аэрозольноезагрязнение атмосферы. Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиесяво взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаевособенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. Ватмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы илидымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействиитвердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размераэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступаетоколо 1 куб.км. пылевидных частиц искусственного происхождения. Большоеколичество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельностилюдей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже:

Основнымиисточниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которыепотребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические,цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этихисточников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего вих составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксидыметаллов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы,висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а такжеасбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающейалифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется присжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза нанефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях.Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы -искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышныхпород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятийперерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служатмассовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва(250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс.куб.м.условного оксида углерода и более 150 т. пыли. Производство цемента и другихстроительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью.Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическаяобработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газоввсегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. Катмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные,включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям,окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителямипосле возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуютсяперекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидамиазота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условияхмогут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольныхпримесей в приземном слое воздуха.

Обычно этопроисходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источникамигазопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодноговоздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает переноспримесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоеминверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной изпричин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

Фотохимическийтуман (смог). Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесьгазов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В составосновных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленныеорганические соединения перекисной природы, называемые в совокупностифотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимическихреакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрацииоксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечнойрадиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое примощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветреннаяпогода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокойконцентрации реагирующих веществ.

Такие условиясоздаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погодесолнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованиемоксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярнымкислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, долженсновапревращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этогоне происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов,которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул иизбыток озона. В результате продолжащейся диссоциации новые массы диоксидаазота расщеппляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическаяреакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этотпроцесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию солефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме иобразуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являютсяисточником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционнойспосбностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем,Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своемуфизиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны длядыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременнойсмерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Проблемаконтролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленнымипредприятиями (ПДК). Приоритет в области разработки предельно допустимыхконцентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК - такие концентрации, которые начеловека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают ихработоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей.

Обобщение всейинформации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО (ГлавнойГеофизической Обсерватории. Чтобы по результатам наблюдений определить значениявоздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовойпредельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда былипревышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК.Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с ПДКдлительного действия - среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнение воздуханесколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощьюкомплексного показателя - индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этогонормированные на соответствующее значения ПДК и средние концентрации различныхвеществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентрацийсернистого ангидрида, а затем суммируют. Максимальные разовые концентрацииосновных загрязняющих веществ были наибольшими в Норильске (оксилы азота исеры), Фрунзе (пыль), Омске (угарный газ). Степень загрязнения воздухаосновными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости отпромышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации характерныдля городов с численностью населения более 500 тыс. жителей. Загрязнениевоздуха специфическими веществами зависит от вида промышленности, развитой вгороде. Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслейпромышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однакопроблема снижения выбросов многих специфических веществ до сих пор остаетсянерешенной.

Всякий водоемили водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказываютвлияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока,разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальноестроительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствиемэтих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ейвеществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие вводную среду, классифицируют по разному, в зависимости от подходов, критериев изадач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения.Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химическихсвойств вода за счет увеличения содержания в ней вредных примесей какнеорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так иорганической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки,поверхностноактивные вещества, пестициды).

Неорганическоезагрязнение. Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных иморских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные дляобитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома,меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческойдеятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются попищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффектнекоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен втаблице:

Степеньтоксичности (примечание):

- - отсутствует

+ - оченьслабая

++ - слабая

+++ - сильная

++++ - оченьсильная

Кромеперечисленных в таблице веществ, к опасным заразителям водной среды можноотнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапозон рНпромышленных стоков (1,0 - 11,0) и способных изменять рН водной среды дозначений 5,0 или выше 8,0 , тогда как рыба в пресной и морской воде можетсуществовать только в интервале рН 5,0 - 8,5. Среди основных источниковзагрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следуетупомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемыхземель ежегодно вымывается около 6 млн.т. солей. К 2000 году возможноувеличение их массы до 12 млн.т./год. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медьлокализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выноситсядалеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижаетпервичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы,содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуарияхрек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и еевключением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известностьприобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у людей,употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в которыйбесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.