Кислотные дожди

Кислотные дожди вызывают не только подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод. Кислотные дожди возникают в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств окислов серы, азота, углерода. Эти окислы, поступая в атмосферу переносятся на большие расстояния, взаимодействуют с водой и превращаются в растворы смеси сернистой, серной, азотистой, азотной и угольной кислот, которые выпадают в виде "кислых дождей" на сушу, взаимодействуя с растениями, почвами, водами. Главными источниками в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей, газа в индустрии, в сельском хозяйстве, в быту. Хозяйственная деятельность человека почти вдвое увеличила поступление в атмосферу оксилов серы, азота, сероводорода и оксида углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности атмосферных осадков, наземных и грунтовых вод.

Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5.6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO2) и окислы азота (NОx) трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие частицы. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды.

Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как двуокись углерода (СО2), вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2O —> H2CO3). Тогда как в идеале рН дождевой воды равняется 5.6-5.7, в реальной жизни показатель кислотности (рН) дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота.

В 1883 году шведский ученый Сванте Аррениус назвал кислотами вещества, котoрые при растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода (Н+). Термин рН изпользуют в качестве показателя кислотности воды. Значение рН измеряется на шкале от 0 до 14. В воде и водных растворах присутствуют как ионы водорода(Н+), так и гидроксид-ионы (ОН-). Когда концентрация ионов водорода (Н+) в воде или растворе равна концентрации гидроксид-ионов (ОН-) в том же растворе, то такой раствор является нейтральным. Значение рН нейтрального раствора равняются 7 (на шкале от 0 до 14). Как вы уже знаете, при растворении кислот в воде повышается концентрация свободных ионов водорода (Н+). Они то и повышают кислотность воды,т.е. рН воды. При этом происходит понижение концентрации гидроксид-ионов (ОН-).

Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы (SO2) и различными оксидами азота (NOх). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы - озера, реки, заливы, пруды - повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН между 7 и 9.2. С увеличением кислотности (показатели рН удаляются влево от точки отсчета 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи. Когда кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв. Кислотный дождь также уничтожает растительность на суше.

Побочное действие минеральных удобрений.

Минеральные удобрения – неизбежное следствие интенсивного зем­леделия. Химизация сельского хозяйства, проводящаяся нарастающими темпами, занимает далеко не последнее место в ряду антропогенных факторов, воздействующих на почвы и на природу в целом.

Промышленный синтез азотных удобрений и их рассеивание по поверхности земли вносит серьезные изменения в его биогеохимический круговорот. Высокие дозы азотных удобрений являются одной из причин накопления в растениях нитратов. Сами по себе они не очень токсичны. Но при употреблении растительных продуктов в пищу содержащиеся в них нитраты под действием микрофлоры кишечника восстанавливаются в нитриты, которые во много раз токсичнее. Ежегодно избыток нитратов достигает более 9 млн. т. Они аккумулируются в гидросфере, растениях, а в дальнейшем в пищевых продуктах, вызывают тяжелое отравление.

В отличие от азота фосфор характеризуется малой подвижностью, он почти полностью закрепляется в почве, обогащая ее. Вместе с тем фосфорные удобрения могут вызывать и отрицательные явления в виде накопления фтора, токсичного для человека и животных.

Подобные явления наблюдаются и при использовании калийных удобрений. Большинство их содержит значительные количества хлора, который зачастую накапливается в почве и отрицательно влияет на ее агрофизические свойства. Заметное увеличение содержания цинка и фтора в почвах связано с применением фосфорных удобрений, в состав которых входят данные элементы.

Дополнительное внесение минеральных удобрений нередко способствует загрязнению почв радиоактивными веществами, тяжелыми и токсическими металлами, которые через корм животных попадают в пищу человека. Таким образом, загрязняющие вещества оказывают и прямое влияние (разрушение и уменьшение урожая), и косвенное (аккумуляция этих веществ в почве, организмах животных и пищевых продуктах).

Отсюда есть необходимость сбалансированного (по всем необходимым макро- и микроэлементам), умеренного и научно обоснованного применения удобрений (оптимальные дозы, минималь­ное количество вредных примесей, чередование с органическими удоб­рениями и пр.), проведения учета накопления и определения потенциальной опасности для населения и животных нитратов, нитритов и N-нитрозосоединений, содержащихся в водах, осадках, почве и растениях. Важен также расчет максимально возможных уровней загрязнения азотными соединениями при орошении. Данные о балансе и равновесии соединений азота с взаимодействующими веществами вод и почв должны служить основой рекомендаций о нормах, дозах и способах применения минеральных и органических удобрений, а также об использовании биологического азота для каждой сельскохозяйственной культуры севооборота.

Известкование и внесение в дерново-подзолистые почвы органических удобрений — важное условие уменьшения вредных для окружающей среды потерь питательных веществ. Снижение почвенной кислотности повышает эффективность удобрений в целом, а органические удобрения при этом существенно увеличивают водоудерживающую способность почвы и сорбционные свойства, что повышает ее плодородие, улучшает физико-химические свойства и обеспечивает более полное использование растениями питательных веществ, содержащихся в почве.

Экологические последствия применения пестицидов

В 40-х годах нашего столетия для уничтожения вредных (с точки зрения человека) организмов начали широко применять синтетические органические соединения - пестициды. Практически все эти вещества относятся к ксено­биотикам, т. е. чуждым для живых организмов и биосферы в целом.

Обычно с понятием пестициды связывают вещества, использу­емые для уничтожения растений – гербициды; насекомых – инсектициды; грибов – фунгициды; клещей – акарициды; водорослей – альгициды и др. К пестицидам относят также вещества, используемые не только для уничтожения, но и отпугивания организмов, приносящих вред чело­веку или его изделиям (постройкам, одежде и т. п.).

В группу пестицидов входят, кроме этого, вещества, изменяю­щие физиологические функции организмов или воздействующие на отдельные их органы (бесплодие, болезни, поведение и т. п.). Соот­ветственно существует большое количество более частных назва­ний веществ из группы пестицидов. Дефолианты – для удаления листвы с растений; дефлоранты – для уничтожения цветков растений; репелленты – для отпугивания животных; аттрактанты – для привлечения животных; фумиганты – для окуривания сельскохозяйственных уго­дий или различного вида помещений с целью дезинфекции и т. п.

Ни один из этих химикатов не обладает абсолютной избирательностью и представляет угрозу для других групп организмов, в том числе для людей. Поэтому все они - биоциды, т.е. вещества, угрожающие различным формам живого. Даже сравнительно мало токсичные пестициды плохо подвергаются ферментативному разложению. Большинство организмов не располагает соответствующими механизмами детоксикации.

Пестициды, применяемые в сельском хозяйстве, относятся к различным классам главным образом органических соединений (хлорорганические, фосфорорганические, симметричные триазины, гетероциклические соединения и др.), обладают токсичностью не только для вредных организмов, но и человека, животных, несут опасность для окружающей среды.

До­статочно отметить, что только около 1 % вносимых в среду ядов имеет непосредственный контакт с теми видами организмов, про­тив которых они применяются. Остальная их масса попадает в раз­личные звенья среды и не безразлична для их обитателей.

Экологическая вредность пестицидов зависит в основном от их ядовитости, продолжительности жизни, способности избирательно действовать на отдельные организмы и трансформаций в среде.

Большую опасность как источник загрязнения продуктов питания пестицидами представляет почва. В почву пестициды поступают различными путями: при непосредственном внесении их в почву для уничтожения почвообитающих вредителей, сорняков, с протравленными семенами, сносе препаратов при обработке посевов во время вегетации полевых культур, неосторожном выполнении различных операций с химическими препаратами (расфасовке, приготовлении рабочих растворов, транспортировке и т. д.), при поверхностном стоке с вышерасположенных участков, с осадками, оросительными, коллекторно-дренажными и сточными водами, с частицами почвы при ветровой эрозии.

В последнее время пред­почтение отдается пестицидам высокой степени ядовитости, но с коротким периодом жизни (пестициды третьего поколения). К ним, в частности, относятся фосфорорганические соединения (дихлофос, карбофос, хлорофос и др.). Период их жиз­ни обычно колеблется от нескольких дней до недель.

Другие свойства характерны для пестицидов из группы галагенированных углеводородов (пестициды второго поколения). К ним относятся получивший широкую известность ДДТ (дихлордифенилдихлорэтан), а также дильдрин, линдан, альдрин и другие. Важней­ший их отрицательный экологический эффект – длительный период жизни, хотя и при несколько более низкой ядовитости, чем у фосфорорганических пестицидов. Так, ДДТ сохраняется в окружающей сре­де десятки лет (период полураспада порядка 20 лет).

Сильный инсектицид ДДТ был рекомендован к применению в 1938 г. Казалось, что люди получили «чудо-оружие», вещество чрезвычайно токсичное для насекомых и казавшееся безвредным для человека. ДДТ обладал широким спектром действия, был стоек в окружающей среде, а производство его было совсем недорогим. Снижение численности вредителей благодаря применению ДДТ во многих случаях привело к резкому росту урожая. Кроме того, ДДТ оказался эффективным средством борьбы с насекомыми-переносчиками инфекционных заболеваний (сыпного тифа, малярии и др.). Достоинства ДДТ казались столь выдающимися, что его создатель - швейцарский химик П. Мюллер получил за свое открытие Нобелевскую премию. Неудивительно, что это вещество возглавило нескончаемый парад пестицидов, мировая коллекция которых выросла до 6000 наименований, а их производство достигло 1,2 млн. т в год.

Однако вскоре стало очевидным, что применение пестицидов вызывает целый ряд проблем.

В начале 70-х годов применение ДДТ в большинстве развитых стран было запрещено. На смену ему пришли менее токсичные препараты, быстрее разрушающиеся в окружающей среде. Но несмотря на многомиллиардные затраты на производство и применение пестицидов, потери урожая от вредителей не уменьшились; люди не сумели надежно защитить растения, не смогли полностью уничтожить ни одного вида вредоносных организмов, зато существенно увеличили загрязнение почв и биосферы в целом.

В экологическом отношении особую тревогу вызывает ежегод­ное увеличение объемов применения пестицидов. Это связано не только с расширением обрабатываемых площадей, но и с привыка­нием к пестицидам организмов. Многие вредители быстро приспособились и повысили устойчивость к применяемым препаратам; наблюдались вторичные вспышки численности вредителей, ставших более агрессивными. Пестициды хотя и обладают избирательным действием на организмы, но эта избирательность относительна. Практически нет пестицидов, которые бы в той или иной мере не поражали другие организмы, особенно близкие в систематическом отно­шении. Тем более что очень часто концентрация пестицидов в цепях питания увеличивается в силу биоаккумулирующего эф­фекта. Пестициды постепенно накапливаются в почве и воде, а затем по пищевым цепям переходят в растения, в животных и организм человека

Хотя ДДТ уже много лет снят с производства и повсеместно запрещен к применению, в природной среде циркулируют около миллиона тонн этого ядовитого вещества. Его обнаруживают в воде и воздухе, в организмах животных и человека даже в тех районах земного шара, где никогда не проводились химические обработки растений. Применение ДДТ и его аналогов имело множество серьезных экологических последствий. В результате загрязнения почвы и заражения биосферы гибнут целые популяции полезных насекомых, рыб, птиц и других животных. По данным ВОЗ, отравление пестицидами каждый год поражает в мире до двух миллионов человек и уносит до 40 тыс. человеческих жизней.

После применения пестицидов в сельском хозяйстве значительная часть их вымывается из почвы и попадает в водоемы. Они могут ухудшать вкус, запах и цвет пресной воды. Многие пестициды устойчивы в водной среде и могут накапливаться в отдельных органах животных. Установлено, что до 25 % применяемых пестицидов попадает в водные экосистемы. Водный дренаж с полей, обработанных пестицидами, загрязняет не только небольшие водоемы, реки, но и эстуарии (широкое устье реки, впадающее в море или океан).

Загрязнение почвы илом очистных сооружений

Одним из продуктов, который получается при биологической очистке

сточных вод, является избыточный ил. Учитывая распространенность

эффективных биологических методов очистки сточных вод, возникает проблема утилизации ила очистных сооружений.

Разнообразие сточных вод по составу приводит к получению различных по качеству избыточных илов. Технология переработки илов включает  стадии уплотнения, обезвоживания и термообработки (сушка или сжигание). В результате уплотнения и обезвоживания объем ила уменьшается в 300 раз.

Одним из направлений квалифицированного использования больших объемов ила является применение его в качестве органического удобрения.

Однако его применение ограничено вследствие наличия в нем ЗВ, прежде всего тяжелых металлов, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), пестицидов и других. С позиции экологии существует опасность попадания таких ЗВ в почву и далее в сельскохозяйственные продукты, что препятствует, а в ряде случаев делает невозможным, применение ила очистных сооружений в качестве удобрения.

Известно применение ила в качестве энергетического топлива, теплотворная способность которого составляет 25-30% теплотворной способности нефти.