11. Источники, виды и масштабы загрязнения компонентов природной среды

Источники загрязнений атмосферного воздуха

В зависимости от источника и механизма образования раз­личают первичные и вторичные загрязнители воздуха. К первич­ным загрязнителям относятся вещества, непосредственно попадаю­щие в воздух от стационарных и передвижных источников. К вторичным относятся загрязнители, образующиеся в атмосфере в результате взаимодействия первичных загрязнителей между собой и веществами, содержащимися в атмосферном воздухе (кислоро­дом, водой). Большинство образующихся вторичных загрязнителей значительно токсичнее первичных.

С учетом токсичности и потенциальной опасности, распространен­ности и источников эмиссии загрязнители условно делятся на не­сколько групп. В качестве наиболее распространенных и опасных были выделены 12 категорий загрязнителей:

взвеси: представляют собой крошечные частицы и капли, находя­щиеся в воздухе во взвешенном состоянии; могут переносить другие загрязнители, растворенные в них или адсорбированные на их поверх­ности;

углеводороды и другие летучие органические соединения: бен­зин, растворители для красок, растворы органических веществ, при­родный газ и т. п.;

– СО: очень токсичный газ;

– NO_x: монооксид азота N0 бблее опасный за­грязнитель, чем СО; в присутствии углеводородов N0 реагиру­ет с ними с образованием очень токсичных, органических соеди­нений, известных под названием пероксиацетилнитратов (ПАН), и озона;

– оксиды серы (в основном диоксид серы SO₂): очень токсичный газ как для растений, так и для животных;

– свинец и другие тяжелые металлы:

– озон и другие фотохимические окислители:

– кислоты (в основном серная и азотная), образующие кислотные дожди и туманы;

– пестициды:

– полициклические ароматические углеводороды (ПАУ);

– абразивные твердые частицы: кварц, асбест и др.;

– загрязнители, оказывающие многостороннее воздействие на орга­низм человека и животных: нитрозамины, озон, полихлорированные бифенилы (ПХБ), сульфаты, нитраты, альдегиды, кетоныит.п.

Кроме того, загрязнители классифицируют по:

– агрегатному состоянию (газообразные, жидкие, твердые и смешанные);

– характеру организации отвода и контроля (организованные и неорганизованные);

– режиму отвода (непрерывные и периодические);

– температуре: нагретые (температура газопылевой смеси превыша­ет температуру атмосферного воздуха) и холодные;

– локализации (в основном, вспомогательном и подсобном производствах);

– признакам очистки: удаляемые без очистки (организованные и неорганизованные) и с очисткой (организованные); при этом под очисткой газовой смеси понимают отделение от нее или превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества.

Источники загрязнений атмосферного воздуха промышленными выбросами подразделяют по назначению: на технологические, содержащие хвостовые газы рекуперационных, абсорбционных, адсорбционных и других улавливаю­щих установок, продувочные газы из аппаратов и т.п., и вентиляционные;

по геометрической форме: на точечные источники (трубы ТЭУ, шахты, вентиляторы, дымовые трубы, выхлопные трубы автомобилей и т.п.) и неточечные (загрязнители поступают в атмосферу с обширных и часто трудноопределимых источников: аэрозольные распылители, отстойники, пруды, городские свалки отходов, ненаправленные потоки газа в результате нарушений герметичности аппаратуры, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в мес­тах загрузки сырья, выгрузки и хранения продукции и т.п.);

по режиму работ: на источники непрерывного и периодического

действия, мгновенные и залповые, при которых за короткий промежуток времени в воздух выбрасывается большое количество загрязнителей (возможны при авариях и сжигании быстрогорящих отходов произ­водства на так называемых "площадках уничтожения");

по месту расположения: на незатененные или высокие, находящи­еся в зоне недеформированного ветрового потока (высокие трубы, а также точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превы­шающую высоту зданий в 2,5 раза); затененные или низкие, располо­женные на высоте в 2,5 раза меньше высоты зданий; наземные, нахо­дящиеся вблизи земной поверхности (открыто расположенное техноло­гическое оборудование, колодцы производственной канализации, про­литые токсичные вещества, сбросы отходов производства);

по дальности распространения: на внутриплощадочные, когда выбрасываемыми в атмосферу загрязнениями создаются высокие концентрации только на территории промышленной площадки, а в жилых районах ощу­тимых загрязнений не наблюдается (в этом случае предусматриваются санитарно-защитные зоны); внешплощадочные, когда выбрасываемые в атмосферу загрязнения потенциально способны создавать высокие кон­центрации (порядка ПДК для воздуха населенных пунктов) на террито­рии жилого района.

Термин загрязнение может быть применен почти к любому веществу, которое присутствует в воздухе в виде примеси к обычным атмосфер­ным компонентам при условии, что его присутствие является резуль­татом деятельности людей. Это понятие может быть использовано для переносимой ветром промышленной грязи и пыли, выпадения радиоак­тивных осадков, выхлопных газов различных транспортных средств и разного типа дымов или смога.

Загрязнение тропосферы. Загрязнение тропосферы газами обычно приводит к образованию смога характерного типа. Различают два ос­новных типа смога: фотохимический смог, связанный с загрязнением воздуха выхлопными газами транспорта, содержащими оксиды азота, и смог, связанный с загрязнением атмосферы копотью или дымом, содер­жащими диоксид серы.

Фотохимический смог. Необходимой составной частью процесса образования смога этого типа являются фотохимические реакции. Фотохимический смог имеет следующие особенности:

– его исходные компоненты входят в состав автомобильных выхлоп­ных газов, присутствующих в воздухе в больших концентрациях;

– образуется в ясную солнечную погоду при низкой влажности воз­духа;

– химически действует как окислитель;

– наблюдается в виде беловатого тумана;

– вызывает у людей раздражение глаз и губит листву растений. Основными компонентами газовой смеси, которые преобразуются в смог, являются оксиды азота, которые подвергаются фотодиссоциации под действием излучения с длиной волны более 290 нм.

Источники загрязнения природных вод

Основными источниками загрязнения природных вод являются:

– атмосферные осадки, несущие огромное количество вымываемых из атмосферного воздуха загрязнителей (помютантов) промышленного происхождения. Особенно опасны стоки атмосферных и талых вод с городских улиц, промышленных площадок, площадок уничтожения отходов, свалок бытового мусора;

– городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки;

– пром. сточные воды.

С развитием промышленности и увеличением потребления воды рас­тет и количество жидких отходов – сточных вод. Примерно одна треть их – пром. сточные воды, загрязненные различными вещества­ми. При технологических процессах образуются следующие основные группы сточных вод:

– реакционные воды, образующиеся в процессе реакций с выделением воды; эти воды загрязнены как исходными веществами, так и про­дуктами реакции;

– воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах (свободная или связанная вода); в результате переработки загрязняются различ­ными веществами;

– промывные воды;

– водные экстрагенты и абсорбенты;

– охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими про­дуктами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения;

– бытовые воды (воды столовых, прачечных и т.п.);

– атмосферные осадки, стекающие с территорий промышленных предприятий;

– др. сточные воды (воды вакуум-насосов, конденсаторов сме­шения, гидрозолоудаления и т.п.).

Под термином «загрязнение природных вод» понимается хим. и тепловое загрязнение природных вод. Основными категориями загряз­няющих факторов являются:

– легко поддающиеся разложению органические вещества из бытовых стоков, которые могут быть в основной своей массе удалены из воды биологическими очистными сооружениями;

– трудно или совсем не поддающиеся разложению органические ве­щества из промышленных стоков, содержание которых в воде не может понизиться в результате самоочищения водоемов;

– соединения тяжелых металлов, способные накапливаться в донных осадках, а также по пищевой цепи в организмах рыб.

Источниками загрязнения водных систем являются атмосферные осадки, промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды, транс­порт через донные осадки.

Независимо от источника эмиссии, загрязняющие вещества в водной системе находятся в растворенной форме или в виде взвеси. Некото­рые вещества, проникающие в водную систему, оказываются неспособ­ными включиться в биологический или пищевой циклы. Наиболее опас­ным результатом этого является концентрирование загрязнителей в организмах обитателей водоемов. Примером служит накопление в тка­нях рыб ртути, ДДТ и полихлорированных дифенилов.

Не все вещества, введенные в гидросферу, несут угрозу водной системе. Вода является универсальным растворителем, и водная сис­тема сама содержит огромное количество веществ как в растворенном виде, так и в виде суспензии. Природные водные системы способны регулировать или поглощать дополнительное количество веществ. Но когда количество дополнительно введенного вещества превышает его расход, данный компонент становится загрязнителем. Такой уровень его содержания называется пороговым уровнем. Ниже этого уровня система приспосабливается к введенному веществу за счет естественных процессов, выше данного уровня естественные про­цессы оказываются не в состоянии регулировать систему, и экологи­ческая структура в той или иной степени, в зависимости от относи­тельной концентрации этого вещества, нарушается.

Чтобы определить пороговые уровни, экологическая система должна рассматриваться как единое целое, при этом отдельное загрязнение не может рассматриваться изолированно.

При рассмотрении экологической системы как целого необходимо провести полную оценку скоростей и механизмов реакций каждого эта­па схемы, оценить биохимические реакции между различными загрязни­телями, синергетические и антагонистические эффекты их взаимодей­ствия.

При поступлении загрязнителя в гидросферу единственный возмож­ный путь его удаления зависит от природных систем. Однако многие загрязнители, например соединения некоторых металлов и синтетичес­кие органические вещества, подавляют или затормаживают процессы поглощения; неразлагающиеся вещества способны биологически кон­центрироваться, попадая в пищевой цикл, и могут реагировать с дру­гими химическими веществами, образуя устойчивые конечные продукты.

Источники загрязнения почвы

Наиболее сильно подвергается загрязнению верхний слой ли­тосферы - почва. В почве протекают различные физические, химичес­кие и биологические процессы, которые в результате загрязнений на­рушаются. Загрязнение почв связано с загрязнением атмосферы и вод. В почву попадают твердые и жидкие промышленные, сельскохозяйствен­ные и бытовые отходы. Основными загрязняющими почву веществами являются металлы и их соединения, радиоактивные вещества, удобре­ния и пестициды.

Основными источниками загрязнения почвы являются:

– атмосферные осадки;

– жилые дома и бытовые предприятия;

– пром. предприятия;

– теплоэнергетика;

– сельское хозяйство;

– транспорт.

Источниками загрязнения почвы вокруг заводов могут быть промыш­ленные отвалы твердых отходов и шламов, а также вещества, осе дающие из выбрасываемых в атмосферный воздух газовоздушных смесей.

Самоочищения почвы практически не происходит или оно осущест­вляется очень медленно. Токсичные вещества накапливаются, что спо­собствует постепенному изменению химического состава почвы, нару­шению единства геохимической среды и живых организмов.

Почва - важнейший компонент любого биогеоценоза, отличаю­щийся малой подвижностью и сложностью происходящих в ней физи­ко-химических процессов, обусловленных деятельностью почвенных ор­ганизмов, растений и сложными геохимическими процессами. Попадаю­щие в почву ксенобиотики подвергаются здесь особенно сильному ме­таболизму, тем более, что процессы перемешивания их затруднены и заключаются преимущественно в просачивании. В почве всегда при­сутствует большое количество детрита - субстрата для микроорганиз­мов. С микроорганизмами связаны процессы минерализации и гумифика­ции органики. Уплотнение почвы в пределах населенных пунктов при одновременном поступлении загрязняющих веществ может вызвать ана­эробные процессы разложения, связанные с образованием токсичных жидкостей и газообразных веществ с неприятным запахом.

Загрязнение почвы пестицидами. К пестицидам относят­ся химические вещества, обладающие токсичными свойствами по отно­шению к живым организмам - от бактерий и грибков до растений и теплокровных животных. Более 90 % всех применяемых пестицидов так сильно подавляют бактериальную флору почв, что восстанавливаться она начинает лишь примерно через 1 месяц. Около 9 % пестицидов действуют еще сильнее, увеличивая этот срок до > 2 месяцев, что приводит к гибели 1000 - 10 ООО поколений бактерий. Гибель живых существ, обитающих в почве, как микроорганизмов, так и гумусо-об-разующих дождевых червей и насекомых, приводит к нарушению обмена информацией между микроорганизмами, протекающего химическим путем, и вызывает затвердение первоначально рыхлого пахотного слоя почвы, нарушая функционирование всей системы в целом.

Классификация пестицидов. В настоящее время имеется около 10 ООО различных пестицидов, которые классифицируют в соответствии с их назначением в следующие группы:

– инсектициды – для уничтожения насекомых;

– гербициды – для уничтожения сорняков и других нежелательных растений;

– фунгициды – токсичны по отношению к грибковым организмам и применяются для защиты растений от болезней;

– др. специфические фунгициды: родентициды – эффективны про­тив крыс, мышей, сусликов; нематоциды – используются для ограниче­ния количества микроскопических червей; молпюсициды – против ули­ток.

Общее количество применяемых инсектицидов превышает количество используемых пестицидов других групп. В настоящее время существует около 3 млн. различных видов насекомых, что намного превышает число всех других видов животных и растений. Число отдельных насекомых, живущих в какой-либо момент времени, оценивается в 10¹⁸. Из этого количества 99,9 % с точки зрения человека либо безвредны, либо по­лезны. Причиняющие вред организмы - сельскохозяйственные вредители и .пи переносчики болезней человека и животных, природную активность которых необходимо подавлять – составляют 0,1 % от общего числа, т.е. около 3000 видов. Наиболее мощным средством для их уничтоже­ния на сегодня остаются инсектициды.

Загрязнение соединениями тяжелых металлов. Основными источника­ми загрязнения почвы соединениями тяжелых металлов являются атмо­сферные осадки, сгущенный очистной шлам, образующийся при подго­товке питьевой воды, минеральные удобрения, твердые отходы про­мышленности. Большая часть ионов тяжелых металлов загрязняет почву в радиусе 3 км от места выброса, выбросы ионов кадмия распростра­няются в радиусе до 15 км от их источника. (Основным источником кадмиевого загрязнения, до 35-40 %, являются фосфорные удобрения.) При повышении кислотности почвы миграция ионов тяжелых металлов значительно возрастает: вся их масса, которую почва не в состоянии больше удерживать, переходит в растения или вымывается грунтовыми водами, тем самым загрязняя питьевую воду. В кислых заболоченных и торфяно-болотных почвах токсичным для растений является избыточное содержание водорастворимых соединений железа (II). марганца, алю­миния.

Закисление почвы. Многие растения развиваются лишь в строго оп­ределенном интервале значений рН. Развитие микроорганизмов и дру­гих почвенных организмов также зависит от реакции почвы: в кислых почвах встречаются преимущественно грибки.

Для почвы, почвенных организмов и растений важно не само по се­бе значение рН, а способность почвы выравнивать внезапно возникаю­щий избыток ионов водорода. Эта буферная способность зависит от того, сколько глинистых или гумусовых частиц содержится в почве, так как каждая из них окружена оболочкой из активных катионов гидроксидов: Са^г+, Mg²⁺, K⁺, Na⁺. Поэтому у почв, богатых глинистым и гумусовым материалом, буферные свойства выражены лучше. Наоборот, бедные гумусом песчаные почвы хуже защищены от факторов закисления.

К основным источникам закисления почв относятся, атмосферные кислотные осадки, внесение кислотообразующих удобрений (особенно за счет аммиачных или аммиакообразующих удобрений на основе моче­вины, при преобразовании которых в нитратную форму, усвояемую рас­тениями, образуется азотная кислота), всасывание растениями пита­тельных веществ (калия, кальция, магния, фосфора).

Засоление почвы. Засоление почв может происходить как в естест­венных условиях, так и при искусственном орошении. Естественное засоление в умеренном климате может происходить в зоне влияния мо­ря. В зонах с жарким, сухим климатом почвы засоляются сильнее (соль, растворенная в грунтовых водах вследствие их подсола, со­провождающего испарение, поднимается кверху и скапливается на по­верхности почвы в виде соляной корки).

Искусственное засоление в зоне умеренного климата происходит в результате орошения солоноватыми сточными водами или при обработке зимой шоссейных дорог солью.