- •Ю.С. Щербаков
- •Ю.С. Щербаков, к.Т.Н., доцент кафедры бЖиЭ. – Физико-химические процессы в техносфере Электронное учебное пособие. – Новосибирск:
- •Содержание
- •1.Введение в физические и химические процессы, происходящие в техносфере. Основные понятия и определения
- •4.6 Тяжелые металлы…..………………………………………………………….……117
- •5 . Миграция загрязнителей атмосферы, гидросферы и литосферы. Биотический перенос загрязнителей.
- •5.2 Особенности миграции радионуклидов и прогнозирование радиоактивного загрязнения местности………….………………………………………………………137
- •Введение
- •1. Введение в физические и химические процессы в техносфере. Основные термины. Понятия и определения
- •1.1 Основные термины, понятия и определения
- •Типы классификаций реакции.
- •2. По тепловому эффекту
- •3. По присутствию других веществ
- •2. Закон Бойля-Мариотта - При постоянной температуре объем данного количества газа обратно пропорционально давлению, под которым он находится
- •3. Закон Гей-Люссака - При постоянном давлении изменение объема газа прямо пропорционально температуре
- •4.Закон объемных отношений
- •5.Закон действующих масс
- •Зависимость скорости реакции
- •Зависимость скорости реакции
- •Закон Кюри
- •Закон постоянства состава вещества
- •Закон сохранения массы вещества
- •1.2 Техносфера и ее состав
- •1.3 Учение в.И. Вернадского о биосфере
- •1.4 Ноосфера
- •1.5 Распространенность химических веществ в окружающей среде
- •1.6 Кларки химических элементов в биосфере, атмосфере, гидросфере, литосфере и космосе
- •1.7 Биофильность и технофильность химического элемента. Тупиковый характер потоков технофильных элементов в биосфере
- •1.8 Система параметров, характеризующих границу предельно допустимого уровня загрязнения окружающей среды
- •2. 2. Физика и химия атмосферы и ее загрязнителей
- •2.1 Общие сведения об атмосфере
- •2.2 Температурный режим системы “Земля-атмосфера”. Изменение температурного режима, “парниковый” эффект
- •2.3 Тепловой баланс и тепловой режим земной поверхности и атмосферы
- •Инсоляция. Отражение и поглощение света
- •2.5 Ионосфера
- •2.6 Химические превращения в атмосферном воздухе
- •2.7 Радиационный и тепловой балансы поверхности Земли
- •2.8 Источники загрязнения атмосферы
- •2.9 Аэрозольное загрязнение атмосферы
- •2.10 "Кислотные дожди"
- •2.11 Озон в атмосфере. Озоновый слой планеты
- •2.12 Химия парникового эффекта
- •Физик0-химические свойства гидросферы. Трансформация загрязнителей в ней
- •3.1 Общие сведения о гидросфере
- •Классификация питьевых минеральных вод. В зависимости от общей минерализации минеральные воды классифицируются на:
- •3.2 Химический состав природных вод
- •3.3 Характеристика химических показателей качества воды
- •3.4 Физические свойства и строение воды
- •3.5 Факты, ухудшающие состояние водных объектов
- •3.6 Загрязнение вод тяжелыми металлами
- •4. Физик0-химические процессы в литосфере. Загрязнения почв
- •4.1 Общие сведения о литосфере
- •4.2 Почва, ее состав и строение
- •4.3 Водно-физические свойства почвы
- •4.5 Механизмы катионного обмена, особенности адсорбции
- •4.6 Тяжелые металлы
- •4.8 Антропогенное воздействие на почву и литосферу
- •4.9 Источники загрязнения литосферы
- •4.10 Пестициды
- •4.11 Поведение радионуклидов в почвах
- •4.12 Загрязнение почв нефтью
- •4.13 Процессы биологического разложения твердых бытовых отходов
- •5 . Миграция загрязнителей атмосферы, гидросферы и литосферы. Биотический перенос загрязнителей.
- •5.1 Миграция загрязнителей атмосферы, гидросферы и литосферы
- •5.2 Особенности миграции радионуклидов и прогнозирование радиоактивного загрязнения местности
- •5.3 Перенос и трансформация загрязнителей в биосфере
- •5.4 Аккумуляция и рассеяние веществ в ландшафте
- •6. Ионизирующее излучение и окружающая среда
- •Общие понятия о ионизирующем излучении
- •6.2 Электромагнитное излучение
- •6.3 Геомагнитное и электрическое поле Земли
- •6.4 Искусственные радионуклиды в морских экосистемах
3.5 Факты, ухудшающие состояние водных объектов
Факты, характеризующие ухудшение состояния водного бассейна в значительной мере связаны с просчетами, ошибками и порочной практикой некоторых плановых и хозяйственных органов, научных, изыскательских проектных строительных организаций, считающих, что достижение ближайших хозяйственных, экономических, экологических и иных целей имеет определенный приоритет перед решением долговременных задач сохранения биосферы.
Ухудшение состояния водных объектов объясняется следующими причинами:
- недостаточностью знаний об экологических системах и границах их устойчивого функционирования ;
- неумением прогнозировать изменения окружающей среды, и их влияние на здоровье человека;
- ведомственной и узкопрофессиональной ограниченностью в решении экономических, инженерно-технических вопросов недооценкой мер предупреждения деградации и защиты водных объектов;
- незначительностью разработок или отсутствием основы как технологических схем безотходных производств так и экономических исследований направленных на выработку критериев развития производства с целью сохранения равновесия водных бассейнов;
- неподготовленностью производства; так, не все предприятия оборудованы очистными сооружениями, а имеющиеся сооружения маломощны и недостаточно эффективны;
- низкой квалификацией кадров, работающих на очистных сооружениях
- определенной психологической неподготовленностью и инерционностью.
Современная практика выработала следующие принципы рационального использования, методы защиты водных объектов и способы создания безотходных производств:
- исключение вредных выбросов и отходов в водные бассейны;
- применение во всех отраслях народного хозяйства безотходных технологий и замкнутых циклов водопотребления;
- комплексное использование минеральных ресурсов;
- полная оценка геологических условий в промышленном строительстве;
- улучшение условий жизни людей во всех регионах страны за счет сохранения и улучшения окружающей среды в целом, к основным компонентам которой относятся чистый воздух, чистая вода, солнечный свет и умеренная температура, а также красота и величие природы, влияющие на психологический настрой человека.
Загрязнения подразделяются на следующие виды:
- природные, вызванные какими-либо естественными явлениями, обычно катастрофическими (наводнения, извержения вулканов, селевые потоки и т.п.);
- антропогенные, возникающие в результате деятельности людей
Среди антропогенных выделяет следующие загрязнения:
- биологическое — случайное или в результате деятельности человека;
- микробиологическое (микробное) — появление необычно большого количества микробов, связанное с массовым их распространением на антропогенных субстратах иды средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека;
- химическое — изменение естественных химических свойств воды, в результате которого повышается или понижается среднемноголетнее колебание количества каких-либо веществ за рассматриваемый период времени, или проникновение,в воду веществ, нормально отсутствующих в ней или находящихся в допустимых концентрациях.
Антропогенные источники загрязнения весьма разнообразны. Среди них не только промышленные предприятия и теплоэнергетический комплекс, но и бытовые отходы, отходы животноводства, транспорта, а также химические вещества, непременно вводимые человеком в экосистемы для защиты полезных продуцентов от вредителей, болезней, сорняков.
Загрязняющие природную среду вещества подразделяются по их агрегатному состоянию на четыре класса: твердые, жидкие, газообразные и смешанные.
Кроме того, промышленные выбросы в водные объекты могут классифицироваться и по другим признакам.
I. По организации контроля и отвода на: организованные и неорганизованные:
- организованный промышленный выброс — это выброс, поступающий в водные бассейны через специально сооруженные водоводы и трубы;
- неорганизованный промышленный выброс — это выброс в виде неправильных самопроизвольных водных потоков, образующихся в результате несовершенствa технологического оборудования или нарушения его герметичности, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отводу загрязненной воды в местах загрузки и хранения сырья, материалов, отходов, готовой продукции.
2. По температуре - когда температура потока выше, ниже или равна температуре водных бассейнов.
3. По локализации - выбросы происходят в основном, вспомогательном, подсобном производствах, на транспорте и т.д.
4. По признакам очистки - чистые, нормативно очищенные, частично очищенные, выбрасываемые без очистки. При этом под очисткой понимается отделение, улавливание и превращение в безвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленного источника.
Промышленные выбросы подразделяют на первичные и вторичные.
Первичные — это выбросы, непосредственно поступающие в водные объекты от тех или иных источников, а вторичные, будучи продуктами образования первичных, могут быть более токсичными и опасными, чем первые. Типичное превращение некоторых веществ — их фотохимическое окисление.
Сохранение гидросферы при непрерывном увеличении водопотребления и загрязнения водоемов промышленными и бытовыми отходами является одной из основных экологических проблем современности. Уже сейчас в мире используется 13% речного стока. В результате во многих регионах наблюдается недостаток пресной воды. Однако наибольший ущерб гидросфере наносится антропогенными загрязнениями.
Обычно выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнения.
Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганических (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органических (нефтепродукты, нефть, ПАВ, пестициды, органические остатки).
Физическое загрязнение связано с изменением физических параметров водной среды и определяется тепловыми, механическими и радиоактивными примесями.
Биологическое загрязнение заключается в изменении свойств водной среды в результате увеличения количества не свойственных ей видов микроорганизмов, растений и животных (бактерии, грибы, простейшие, черви), привнесенных извне.
Источники загрязнения подразделяются на промышленные, коммунально-бытовые, сельскохозяйственные, транспортные отходы.
1. Атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха поллютанов (загрязнителей) промышленного происхождения. При стекании по склонам атмосферные и талые воды дополнительно увлекают с собой массы веществ. Особенно опасны стоки с городских улиц, промышленных площадок, несущие массы нефтепродуктов, мусора, фенолов, кислот.
2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты (поверхностно-активные моющие средства), микроорганизмы, в том числе патогенные. Ежегодно в целом по стране образуется около 100 км таких вод.
3. Сельскохозяйственные воды. Загрязнение этими водами обусловлено, во-первых, тем, что повышение урожайности и продуктивности земель неизбежно связано с применением ядохимикатов, используемых для подавления вредителей, болезней растений и сорняков. Эти ядохимикаты непосредственно попадают на поверхность почвы или смываются на большие расстояния, неизбежно оказываясь в водных объектах. Во-вторых, животноводство связанно с образованием больших масс твёрдой органики и мочевины. Эти отходы не ядовиты, но их массы огромны и наличия их ведёт к тяжелым последствиям для водных экологических систем. Кроме органических веществ, сточные сельскохозяйственные воды содержат массу биогенных элементов, в том числе азота и фосфора.
4. Промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее активно потребляют воду чёрная и цветная металлургия, химическая, лесохимическая и нефтеперерабатывающая отрасли промышленности.
Хозяйственно-бытовые
Садово-парковое хозяйство
Свалки
Парниковое хозяйство
Животноводство
Полеводство
Отвалы, свалки промышленных отходов
Заводы и фабрики
Нефтегазодобывающая промышленность
Горнодобывающая промышленность
Наземный транспорт
Водный транспорт
Источники загрязнения водоемов
Коммунальнно-бытовые
Промышлен-ные воды
Сельскохозяйственные
Транспортные
Аварии, катастрофы
Рисунок 24 – Источники загрязнения водоемов
При технологических процессах в промышленности образуются следующие основные виды загрязнённых сточных вод:
- реакционные воды, образующиеся в процессе реакций с выделением воды, в результате чего они загрязнены как исходными веществами, так и продуктами реакций;
- воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах (свободная или связанная вода), в результате переработки загрязняются всевозможными веществами;
- промывные воды – воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования, маточные водные растворы;
- охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения;
- бытовые воды – воды столовых, прачечных, душевых, туалетов и т.д.;
- атмосферные осадки, стекающие с территории предприятия, загрязнённые различными химическими и взвешенными веществами (поверхностный сток).
Главным источником загрязнения водных объектов являются сточные воды, которые по своему происхождению подразделяются на несколько групп: хозяйственно- бытовые; промышленные; поверхностный сток предприятия и населённых пунктов; сельскохозяйственные; рудничные и шахтные воды.
Следует отметить, что загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы. Это обусловлено тем, что процессы генерации или самоочищения протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздушной. Источники загрязнения водоёмов более разнообразны и менее предсказуемы. Естественно, процессы, осуществляющиеся в водной среде и подвергающиеся загрязнению, более чувствительны сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые протекают в атмосфере.
Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на:
- механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;
- химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;
- бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
- радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
- тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.
