3. Загрязнение окружающей среды

Загрязнение – поступление и накопление в окружающей среде различных веществ и соединений в концентрациях, превышающих естественный (фоновый) уровень. Загрязнение окружающей среды, в основном, связано с производственной деятельностью человека, хотя иногда оно бывает обусловлено естественными причинами (извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары и пр.). Основные источники загрязнители – промышленные предприятия (особенно металлургические и химические), теплоэнергетика, автотранспорт, городское хозяйство и сельское хозяйство. В России обширные очаги загрязнения атмосферы образуются в промышленных центрах (Норильск, Магнитогорск, Липецк, Череповец, Нижний Тагил и др.) и городах-миллионерах. В крупных городах загрязнение окружающей среды на 70 % связано с выхлопами автомобилей, которые содержат около 200 токсичных веществ (среди них угарный газ, окислы азота, соединения свинца). В городах и их окрестностях происходит выпадение (с осадками) загрязняющих веществ из атмосферы на землю, что приводит к образованию геохимических аномалий. Сильно загрязнены некоторые реки – среднее течение Волги, Дон, реки Кольского п-ова, низовья Амура. Загрязнение среды негативно влияет на здоровье людей, вызывая ряд серьёзных заболеваний. Уровень загрязнения окружающей среды контролируется величинами предельно допустимых концентраций (ПДК), предельно допустимых выбросов (ПДВ) и др. Наибольшую угрозу для здоровья представляет радиоактивное загрязнение окружающей среды – результат аварий на АЭС и проведённых в мире 1850 испытаний ядерного оружия. Особенно опасны изотопы цезия и стронция, которые накапливаются в почве и по пищевой цепи доходят до человека. Кроме радионуклидов, мутагенным действием обладают пестициды и тяжёлые металлы. [7] Все вышеназванные вещества, концентрации которых превышают фоновый уровень, называются загрязнителями.

Загрязнитель – это антропогенный, либо же природный агент, который попадая в окружающую среду, превышает ее фоновые значения, что приводит к ее загрязнению. Загрязнителем также являются свалки, промышленные предприятия и т.д.

Загрязняющее вещество – это вид загрязнителя, являющегося любым химическим веществом, либо же соединением, которое попадает в окружающую природную среду извне в количествах превышающих, общее сбалансированное количество содержащихся в экосистемах химических элементов. Как правило, основным источником возникновения в окружающей среде загрязняющих веществ является человек, жизнедеятельность которого и приводит к загрязнению.

В связи с развитием ассортимента продукции химии, нефтехимии, бытовой химии и т.д. загрязняющих веществ с каждым годом все больше, поэтому необходима систематизация и классификация загрязняющих веществ. По своему происхождению загрязняющие вещества можно разделить на два вида:

• Загрязняющие вещества природного происхождения. Это те вещества, которые попадают в окружающую природную среду в результате природных катаклизмов, таких, например, как извержение вулкана.

• Вторым видом являются загрязняющие вещества антропогенного происхождения. То есть это все загрязняющие вещества, попавшие в природную среду под влиянием процессов жизнедеятельности человека.

Также загрязняющие вещества можно разделить на следующие типы по характеру загрязнения:

• Первичные загрязняющие вещества. Это те вещества, которые попали в окружающую среду непосредственно из источника загрязнения.

• Вторичные вещества. Это вещества, которые после попадания в окружающую среду из источников загрязнения, претерпели некоторые изменения, а именно биогенные и абиогенные мутации, трансформации.

По природе загрязняющие вещества бывают:

• физические;

• химические;

• биологический, в т.ч. микробиологические, генетические;

• информационные.

Типы загрязняющих веществ по характеру воздействия:

• ингредиентные (неорганические и органические вещества);

• параметрические (тепловое, световое, электромагнитное, шумовое, радиационное);

• биотическое (на популяции);

• стационарные деструкционные изменения ландшафтов (изменение ландшафта в результате природопользования).

По классу опасности выделяются:

• особо опасные (I класс) – ртуть, мышьяк, бенз(а)пирен, оксиды хрома и пр.;

• опасные вещества (II класс) – хлор, сероводород, оксид кадмия, сероуглерод и пр.;

• мало опасные вещества (III класс) – пыль, двуокись серы, оксид азота, метанол, цинк и пр.;

• неопасные вещества (IV класс) – аммиак, оксиды углерода и пр.;

• вещества с неопределенным классом опасности (V класс) – метан, этилформиат и пр.

Среди загрязняющих веществ также выделяют особые группы веществ, который имеют отличительные свойства, характер воздействия, структуру, состав, агрегатное состояние, характер распространения. Одной из таких групп является группа основных загрязняющих веществ.

Основные загрязняющие веществ – вещества, которые производят 98% загрязнений. Имеют природное и антропогенное происхождение:

• Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта;

• Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серусодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах;

• 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. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида;

• Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. 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;

• Оксиды 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;

• 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;

• 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;

• Взвешенные частицы, включающие пыль, сажу, пыльцу и споры растений и пр., сильно различаются по размерам и составу. Они могут либо непосредственно содержаться в воздушной среде, либо быть заключены в капельках, взвешенных в воздухе (т.н. аэрозоли). В целом за год в атмосферу Земли поступает около 100 млн. т аэрозолей антропогенного происхождения. Это примерно в 100 раз меньше, чем количество аэрозолей естественного происхождения – вулканических пеплов, развеваемой ветром пыли и брызг морской воды. Примерно 50% частиц антропогенного происхождения выбрасывается в воздух из-за неполного сгорания топлива на транспорте, заводах, фабриках и тепловых электростанциях. Наиболее опасны частицы диаметром менее 10 мкм (табачный дым, асбестовые волокна);

• Летучие органические вещества. Органические вещества, которые имеют достаточно высокое давление пара при нормальных условиях, чтобы в значимых концентрациях попадать в окружающую среду (помещение, атмосферу). Широкий класс органических соединений, включающий углеводороды, альдегиды, спирты, кетоны, терпеноиды (бензол, хлороформ, формальдегид, фенол, толуол, трихлорэтан, винилхлорид, изопрен, терпен) и др. [21]

Следующая важная группа загрязняющих веществ – тяжелые металлы.

Тяжелые металлы – группа химических элементов со свойствами металлов (в том числе и полуметаллы) и значительным атомным весом либо плотностью. Используемым критерием может быть атомный вес свыше 50, другим часто используемым критерием является плотность, примерно равная или большая плотности железа (8 г/см³). Принято считать тяжелыми металлами – хром, кобальт, никель, медь, цинк, кадмий, олово, ртуть, свинец, висмут. Многие тяжелые металлы, такие как железо, медь, цинк, молибден, участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. [23] В атмосферном воздухе тяжелые металлы присутствуют в форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей, а также в газообразной элементной форме (ртуть). При этом аэрозоли свинца, кадмия, меди и цинка состоят преимущественно из частиц диаметром 0,5-1 мкм, а аэрозоли никеля и кобальта - из крупнодисперсных частиц (более 1 мкм), которые образуются в основном при сжигании дизельного топлива. В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Большое влияние на содержание этих элементов в воде оказывает гидролиз, во многом определяющий форму нахождения элемента в водных средах. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии. В конечном итоге тяжелые металлы в водных экосистемах концентрируются в донных отложениях и биоте. В почвах тяжелые металлы содержатся в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах. Водорастворимые формы, как правило, представлены хлоридами, нитратами, сульфатами и органическим комплексными соединениями. Не металлургическое производство, а именно процесс сжигания угля на предприятиях энергетики является главным источником поступления в биосферу многих металлов. В угле и нефти присутствуют все металлы. Значительно больше, чем в почве, токсичных химических элементов, включая тяжелые металлы, в золе электростанций, промышленных и бытовых топок. Выбросы в атмосферу при сжигании топлива имеют особое значение. Например, количество ртути, кадмия, кобальта, мышьяка в них в 3-8 раз превышает количество добываемых металлов. Известны данные о том, что только один котлоагрегат современной ТЭЦ, работающий на угле, за год выбрасывает в атмосферу в среднем 1-1,5 т паров ртути. Тяжелые металлы содержатся и в минеральных удобрениях. Наряду со сжиганием минерального топлива важнейшим путем техногенного рассеяния металлов является их выброс в атмосферу при высокотемпературных технологических процессах (металлургия, обжиг цементного сырья и др.), а также транспортировка, обогащение и сортировка руды. Техногенное поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит в виде газов и аэрозолей (возгона металлов и пылевидных частиц) и в составе сточных вод. Металлы сравнительно быстро накапливаются в почве и крайне медленно из нее выводятся: период полуудаления цинка - до 500 лет, кадмия - до 1100 лет, меди - до 1500 лет, свинца - до нескольких тысяч лет. Естественное (фоновое) содержание тяжелых металлов в незагрязненной атмосфере составляет тысячные и десятитысячные доли микрограмма на кубический метр и ниже. Существенный источник загрязнения почвы металлами - применение удобрений из шламов, полученных из промышленных и канализационных очистных сооружений. В выбросах металлургических производств тяжелые металлы находятся, в основном, в нерастворимой форме. Аэрозольные загрязнения, поступающие в атмосферу, удаляются из нее путем естественных процессов самоочищения. Важную роль при этом играют атмосферные осадки. В итоге выбросы промышленных предприятий в атмосферу, сбросы сточных вод создают предпосылки для поступления тяжелых металлов в почву, подземные воды и открытые водоемы, в растения, донные отложения и животных. Максимальной способностью концентрировать тяжелые металлы обладают взвешенные вещества и донные отложения, затем планктон, бентос и рыбы.[25]

Следующая группа загрязняющих веществ охватывает широкий спектр химических элементов – поллютанты. Поллютанты – техногенные загрязнители среды: воздуха (аэрополлютанты), воды (гидрополлютанты), земли (терраполлютанты). Среди аэрополлютантов известны: оксиды серы, оксиды азота, оксиды углерода, озон, хлор, углеводороды, фреоны, асбест, угольная пыль, кремний, металлы. А среди гидро- и терраполлютантов – металлы, пестициды хлоорганические (ДДТ, алдрин, диэлдрин, хлордан), нитраты, фосфаты, нефть и нефтепродукты, органические растворители (толуол, бензол, тетрахлорэтилен), низкомолекулярные галогенированные углеводороды (хлороформ, бромдихлорметан, бромоформ, тетрахлорметан, дихлорэтан), полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), полихлорированные бифенилы, диоксины, дибензофураны, кислоты. (Куценко С.А., 2002). К поллютантам относятся тяжелые металлы, основные загрязняющие вещества в различных агрегатных состояниях и прочие ядовитые и вредные вещества, если все они техногенного происхождения. [2;7]

Наиболее устойчивая группа веществ – супертоксиканты. Супертоксиканты – особый класс синтетических веществ, получаемых в ряде химических производств, попутных микровыбросов промышленности и хозяйственной деятельности человека. Наиболее известны – хлорированные углеводороды, пестициды, диоксины, фураны, бифенилы, неразлагаемые детергенты и оксиданты, кадмий, свинец, ртуть. Из пестицидов был широко известен ДДТ. [10]