3й курс (Арх) / Лекции / Тема ІV.Забруднення біосфери

Електродіаліз — процес сепарації іонів солей в мембранному апараті, котрий здійснюється під впливом постійного електричного струму. Електродіаліз застосовується для де-мінералізації стічних вод. Основним обладнанням є електродіалізатори, що складаються з катіонітових та аніонітових мембран.

3. Хімічне очищення використовується як самостійний метод або як попередній перед фізико-хімічним та біологічним очищенням. Його використовують для зниження корозійної активності стічних вод, видалення з них важких металів, очищення стоків гальванічних дільниць, для окислення сірководню та органічних речовин, для дезинфекції води та її знебарвлення.

Нейтралізація застосовується для очищення стоків гальванічних, травильних та інших виробництв, де застосовуються кислоти та луги. Нейтралізація здійснюється шляхом змішування кислих стічних вод з лугами, додаванням до стічних вод реагентів (вапно, карбонати кальцію та магнію, аміак тощо) або фільтруванням через нейтралізуючі матеріали (вапно, доломіт, магнезит, крейда, вапняк тощо).

4. Фізико-хімічні методи.

Коагуляція — процес з'єднання дрібних частинок забруднювачів в більші за допомогою коагулянтів. Для позитивно заряджених частинок коагулюючими іонами є аніони, а для негативно заряджених — катіони. Коагулянтами є вапно, солі алюмінію, заліза, магнію, цинку, сірчанокислого кальцію, вуглекислого газу тощо. Коагулююча здатність солей тривалентних металів в десятки разів вища, ніж двовалентних і в тисячу разів більша, ніж одновалентних.

Флокуляція — процес агрегації дрібних частинок забруднювачів у воді за рахунок утворення містків між ними та молекулами флокулянтів. Флокулянтами є активна кремнієва кислота, ефіри, крохмаль, целюлоза, синтетичні органічні полімери (поліакриламід, поліоксиетилен, поліакрилати, поліетиленаміни тощо).

Для освітлення води одночасно використовуються коагулянти та флокулянти, наприклад, сірчанокислий алюміній та поліакриламід ППА. Коагуляція та флокуляція здійснюються у спеціальних ємностях та камерах.

При очищенні води використовується і електрокоагуляція — процес укрупнення частинок забруднювачів під дією постійного електричного струму.

Сорбція — процес поглинання забруднень твердими та рідкими сорбентами (активованим вугіллям, золою, дрібним коксом, торфом, селікагелем, активною глиною тощо). Адсорбційні властивості сорбентів залежать від структури пор, їхньої величини, розподілу за розмірами, природи утворення. Активність сорбентів характеризується кількістю забруднень, що поглинаються на одиницю їхнього об'єму або маси (кг/м3).

Екстракція — вилучення зі стічних вод цінних речовин за допомогою екстрагентів, котрі повинні мати такі властивості: високу екстрагуючу здатність, селективність, малу розчинність у воді, мати густину, що відрізняється від густини води, невелику питому теплоту випаровування, малу теплоємність, бути вибухобезпечними та нетоксичними, мати невелику вартість.

Іонний обмін базується на вилученні зі стічних вод цінних домішок хрому, цинку, міді, ПАР за рахунок обміну іонами між домішками та іонітами (іонообмінними смолами) на поверхні розподілу фаз "розчин — смола". За знаком

21

заряду іоніти поділяються на катіоніти та аніоніти, котрі мають відповідно кислі та лужні властивості.

5. Біологічна очистка. Після механічних, хімічних та фізико-хімічних методів очищення у стічних водах можуть знаходитись різноманітні віруси та бактерії (дизентерійні бактерії, холерний вібріон, збудники черевного тифу, вірус поліомієліту, вірус гепатиту, цитпатогенний вірус, аденовірус, віруси, що викликають захворювання очей). Тому з метою запобігання захворюванням стічні води перед повторним використанням для побутових потреб підлягають біологічному очищенню.

Стерилізація води здійснюється шляхом нагрівання, хлорування, озонування, обробки ультрафіолетовими променями, біообробки, електролізу срібла, коли анодом є срібний електрод, а катодом — вугілля. Іони срібла мають бактерицидну дію. Для стерилізації 20 м3 потрібно виділити з анода 1 г срібла.

Другий метод електролізної обробки води полягає в додаванні до води кухонної солі, котра при пропусканні струму розкладається, виділяючи вільний хлор.

Біологічне очищення здійснюється в біофільтрах, в перо тенках, в окислювальних каналах, в біотенках, в аеротенках із заповнювачами.

Біологічне очищення може здійснюватися і в природних умовах на полях зрошення, полях фільтрації, у біологічних водоймах.

Залежно від мікроорганізмів, котрі беруть участь у руйнуванні органічних речовин, розрізняють аеробне (окислювальне) та анаеробне (відновлювальне) біологічне очищення стічних вод.

Аеробне біохімічне очищення полягає в мінералізації органічних речовин промислових або побутових стоків окисленням їх у присутності мікроорганізмів, аеробів (мінералізаторів). При цьому мікроорганізми використовують забруднюючі воду речовини як продукти харчування. Процес очищення проходить в умовах інтенсивного споживання мікроорганізмами розчиненого у воді кисню. Найчастіше джерелом аеробних бактерій служить так званий активний мул.

6. Знезараження води. Останньою стадією підготовки води для питних потреб є її знезараження - знищення в ній хвороботворних мікроорганізмів за допомогою хлору, фтору або озону. Через воду можуть розповсюджуватися такі страшні інфекційні захворювання, як холера, черевний тиф, гепатит і т.п. Довгі роки знезараження води здійснювали хлоруванням. Проте при взаємодії хлору з ароматичними сполуками, що містяться у воді, утворюються поліхлорировані біфеніли. Окислюючись, вони перетворюються в діоксини - отрути.

Нині найбільш перспективним і нешкідливим вважається знезараження води озоном.

22

5.Забруднення літосфери

Зрозвитком науки та техніки невпинно зростає антропогенний вплив на геологічне середовище. До початку XVIII ст. людина використовувала 26 елементів мінеральної сировини, на початку XX ст. — 59, а сьогодні — більше 80.

Тому найбільш негативно впливають на геологічне середовище гірничодобувна і будівельна галузі промисловості. Лише 10 % мінеральної сировини, що добувається з надр планети, перетворюється на готову продукцію, а решта 90 % забруднює біосферу. Наприклад, при збагаченні мідних руд майже третина міді викидається у звалища. Крім цього, недостатньо використовуються супутні матеріали — срібло, цинк та інші компоненти руд.

При нераціональному використанні геологічного середовища руйнується не лише це середовище, а й пов'язані з ним інші компоненти біосфери — ґрунтовий та рослинний покриви, поверхневі та підземні води тощо. Наприклад, під час будівництва тимчасових доріг вздовж трас вирубується ліс, знищується трав'яний покрив, чагарники, порушується гумусовий шар, змінюється режим ґрунтових вод внаслідок спорудження заглиблень-приямків, дамб тощо.

Охорона грунтів від забруднень є важливим завданням людини, тому що будьякі шкідливі з'єднання, що знаходяться в грунті, рано чи пізно потрапляють в організм людини.

По-перше, відбувається постійне вимивання забруднень у відкриті водойми і грунтові води, що можуть використовуватися людиною для пиття й інших нестатків.

По-друге, ці забруднення з грунтової вологи, rрунтових вод і відкритих водойм потрапляють в організми тварин і рослин, що вживають цю воду, а потім по харчових ланцюжках знову таки потрапляють в організм людини.

По-третє, багато шкідливих для людського організму з'єднань мають здатність акумулюватися в тканинах, і, насамперед, у кістах.

Величезні площі родючих земель гинуть при гірничопромислових роботах, при будівництві підприємств і міст. Знищення лісів і природного трав'янorо покриву, багатократна рілля землі без дотримання правил агротехніки призводить до виникнення ерозії грунту - руйнації і змиву родючого прошарку водою і вітром.

По оцінках дослідників, у біосферу надходить щорічно близько 20 - 30 млрд т твердих відходів, з них 50 - 60 % органічних сполук, а у вигляді кислотних агентів газового чи аерозольного характеру - близько 1 млрд. т.

У ролі основних забруднювачів грунтів виступають метали і їхні з'єднання, радіоактивні елементи, а також добрива і отрутохімікати, застосовувані в сільському господарстві.

До найбільш небезпечних забруднювачів грунтів відносять ртуть і її з'єднання. Ртуть надходить у навколишнє середовище з отрутохімікатами, з відходами промислових підприємств, що містять металеву ртуть і різноманітні її з'єднання. Ще більш масовий і небезпечний характер носить забруднення грунтів свинцем.

З'єднання свинцю використовуються в якості добавок до бензину, тому автотранспорт є серйозним джерелом свинцевого забруднення. Особливо багато свинцю в грунтах уздовж значних автострад.

23

5.1.Шляхи потрапляння забруднень у грунт

1)З атмосферними опадами. Багато хімічних сполук, що потрапляють в атмосферу в результаті роботи підприємств, потім розчиняються в крапельках атмосферної вологи і з опадами випадають у грунт. Це, в основному, гази - оксиди сірки, азоту й ін. Більшість з них не просто розчиняються, а утворюють хімічні сполуки з водою, що мають кислотний характер.

2)З пилом, що осідає у вигляді пилу і аерозолів. Тверді і рідкі з'єднання при сухій погоді звичайно осідають безпосередньо у вигляді пилу й аерозолів. Такі забруднення можна спостерігати візуально, наприклад, навколо котелень узимку сніг чорніє, покриваючись частками сажі. Автомобілі, особливо в містах і біля доріг, вносять значну частку в поповнення грунтових забруднень.

3)При безпосередньому поглинанні грунтом газоподібних з'єднань. У суху погоду гази можуть безпосередньо поглинатися грунтом, особливо вологим.

4)З рослинним опадом. Різні шкідливі з'єднання, у будь-якому агрегатному стані, поглинаються листям через устячка чи осідають на поверхні. Потім, коли листя опадає, усі ці з'єднання надходять знов-таки у грунт.

5.2. Класифікація гpунтових забруднень

1)Забруднення сміттям, викидами, відвалами, відстійними породами. У цю групу входять різні забруднення змішаного характеру, що включають як тверді, так і рідкі речовини, не занадто шкідливі для організму людини, але шкідливі для грунту. Вони засмічують поверхню, що утруднює ріст рослин на цій площі.

2)Забруднення важкими металами. Даний вид забруднень вже становить значну небезпеку для людини й інших живих організмів, тому що важкі метали нерідко мають високу токсичність і здатність до акумуляції в організмі. Найбільш розповсюджене автомобільне паливо - бензин - містить дуже отруйне з'єднання - тетраетилсвинець, що містить важкий метал свинець, який потім потрапляє в грунт. З інших важких металів, з'єднання яких забруднюють грунт, можна назвати Cd (кадмій), Сu (мідь), Сr (хром), Ni (нікель), Со (кобальт), Hg (ртуть), As (миш'як), Мn (марганець).

3)Забруднення пестицидами. Ці хімічні речовини в даний час широко використовуються як засоби боротьби зі шкідниками культурних рослин і тому можуть знаходитися в грунті в значних кількостях. По своїй неебезпеці для тварин і людини вони наближаються до попередньої групи. Саме з цієї причини був заборонений для використання препарат ДДТ (діхлор - дифеніл - трихлор метил метан), що є не тільки високотоксичним з'єднанням, але, також, він володіє значною хімічною стійкістю і не розкладається протягом десятків (!) років.

Сліди ДДТ були виявлені дослідниками навіть в Антарктиді! Пестициди згубно діють на грунтову мікрофлору: бактерії, актиноміцети, гриби, водорості.

25

4)Забруднення мікотоксинами. Дані забруднення не є антропогенними, тому що вони виділяються деякими грибами, однак, по своїй шкідливості для організму вони стоять в одному ряді з перерахованими забрудненнями грунту.

5)Забруднення радіоактивними речовинами. Радіоактивні з'єднання стоять трохи окремо по своїй небезпеці, насамперед тому, що за своїми хімічними властивостями вони практично не відрізняються від аналогічних не радіоактивних елементів і легко проникають в усі живі організми, вбудовуючись в харчові ланцюжки.

Самоочищення грунтів майже не відбувається, а якщо і відбувається, то дуже повільно. Таким чином в грунтах йде накопичення заліза - Fе, ртуті - Hg, свинцю

– Рb, міді - Сu,пестицидів і гербіцидів.

Основні види забруднення літосфери - тверді побутові і промислові відходи. Утилізація відходів (від лат. utilis - корисний) - залучення відходів у нові

технологічні цикли і подальше їх господарське використання, утилізація промислових відходів - їх використання як вторинне сировина, палива, добрива і т.п.

Реутилізація - повторна, іноді многократно-послідовна переробка відходів, що утворилися раніше.

Захоронення відходів - заховання їх під землю в спеціально створені виїмки, кинуті вугільні шахти і ін. в цілях виключення можливості їх подальшого використання і запобігання попаданню забруднюючих речовин в навколишнє середовище.

Детоксикація (знешкодження) відходів - звільнення їх від шкідливих (токсичних) компонентів на спеціалізованих установках.

Законами України "Про охорону навколишнього природного середовища" та "Про відходи" передбачено, щоб складування і захоронення відходів проводилось в місцях, визначуваних рішенням органів місцевого самоврядування за погодженням (а потенційно небезпечних і особливе токсичних відходів по дозволу) спеціально уповноважених на те державних органів в галузі охорони навколишнього природного середовища.

5.3.Відновлення земель після техногенних порушень

Основний захід щодо відновлення земель після техногенних порушень - їх рекультивація - комплекс робіт, що проводяться з метою відновлення порушених територій і приведення земельних ділянок в стан безпеки.

Об'єкти рекультивації: кар'єрні виїмки, провальні воронки, терикони, відвали і інші кар'єрно-відвальні комплекси; землі, порушені при будівельних роботах, а також в результаті забруднення їх рідкими і газоподібними відходами (нафтозабруднені землі, газогенні пустелі і ін.); території полігонів твердих відходів.

Розрізняють технічну, біологічну і будівельну рекультивації.

26

Технічна рекультивація - попередня підготовка порушених територій для різних видів використання. До складу робіт входять: планування поверхні, зняття, транспортування і нанесення родючих грунтів на рекультивуємі землі, формування укосів виїмок, підготовка ділянок і т.п.

Біологічна рекультивація проводиться після технічної для створення рослинного покриву на підготовлених ділянках. З її допомогою відновлюють продуктивність порушених земель, формують зелений ландшафт, створюють умови для мешкання тварин, рослин, мікроорганізмів, укріплюють насипні грунти, оберігаючи їх від водної і вітрової ерозії.

Меліорація – комплекс організаційно-господарських і технічних захів по покращенню гідрологічних, грунтових і агрокліматичних умов з метою підвищення ефективності земельних і водних ресурсів для отримання високих і стійких врожаїв і сільськогосподарських культур.

Це роботи, направлені на покращення властивостей земель і підвищення їх продуктивності.

6. Радіоактивне забруднення біосфери

Проблема радіоактивного забруднення виникла в 1945 році після вибуху атомних бомб, скинутих на японські міста Хіросіму і Нагасакі. Випробування ядерної зброї у атмосфері викликали глобальне радіоактивне забруднення. Радіоактивні забруднення мають істотну відмінність від інших.

Нині головними джерелами радіоактивних забруднень біосфери є радіоактивні аерозолі, які потрапляють в атмосферу під час випробувань ядерної зброї, аварій на АЕС та радіоактивних виробництвах, а також радіонукліди, що виділяються з радіоактивних відходів, захоронених на суші й на морі, з відпрацьованих атомних реакторів і устаткування. Радіоактивні опади залежно від розміру часток і висоти їх винесення в атмосферу мають різний час осідання та радіус поширення.

Радіоактивні нукліди - це ядра нестабільних хімічних елементів, що випромінють заряджені частинки ( α, β - промені) і короткохвильове електромагнітне випромінювання (γ - промені).

Саме ці промені, потрапляяючи в організм людини, руйнують клітини, унаслідок чого можуть виникнути різні хвороби, у тому числі і променева. При вибуху атомної бомби виникає дуже сильне іонізуюче випромінювання, радіоактивні промені розсіюються на великі відстані, заражаючи грунт, водойми, живі організми. Багато радіоактивних ізотопів мають тривалий період напіврозпаду, залишаючись небезпечними протягом усього часу свого існування.

Усі ці ізотопи включаються в кругообіг речовини, потрапляють у живі організми і згубно діють на клітини. З радіоактивних ізотопів можна відзначити, як приклад, один найбільш небезпечний - 90Sr (стронцій-90).

Даний радіоактивний ізотоп має високий вихід при ядерному розпаду (2 - 8%), великий період напіврозпаду (28,4 роки), хімічну спорідненість з кальцієм, а, виходить, здатний відкладатися в кісткових тканинах тварин і людей, має відносно високу рухливість у грунті. Сукупність вищезгаданих якостей роблять його дуже небезпечним радіонуклідом.

Після аварії основним радіонуклідом був радіоактивний йод, що нагромаджується у щитовидній залозі, а потім здійснює кругообіг в організмі, відщеплюється в печінці й частково виводиться через нирки.

27

Радіоактивний цезій 137Cs (цезій-137) відкладається переважно в м'язах, проникає в клітини і рівномірно опромінює організм.

Плутоній є дуже небезпечним елементом, він переходить в америцій і поглинається організмом, викликаючи дуже важкі захворювання.

При вибуху на Чорнобильській атомній станції в навколишнє середовище було викинуто лише близько 5% ядерного палива. Але це призвело до опромінення багатьох людей, великі території були забруднені настільки, що стали небезпечними для здоров'я. Це спричинило переселення тисяч жителів із заражених районів. Підвищення радіації в результаті випадання радіоактивних опадів було відзначено за сотні і тисячі кілометрів від місця аварії.

В даний час усе гостріше постає проблема складування і збереження радіоактивних відходів воєнної промисловості й атомних електростанцій. З кожним роком вони представляють усе більшу небезпеку для навколишнього середовища.

6.1. Види випромінювання

Радіоактивність - це властивість деяких елементів (урану, радію, торію) бути джерелами невидимих променів, що здатні проникати крізь непрозорі екрани і чинити іонізуючу дію. Елементи, яким належить така властивість, називаються радіоактивними, а їх випромінювання – радіоактивним випромінюванням.

Види:

Альфа-випромінювання - це потік позитивно заряджених частинок (ядер атомів гелію), що рухаються зі швидкістю 20 000 км/с.

Бета-випромінювання - це потік електронів та позитронів, швидкість яких наближається до швидкості світла.

випромінювання, яке за своїми властивостями подібне до рентгенівського, однак має значно більшу швидкість (приблизно дорівнює швидкості світла) та енергію.

Одиниця активності радіоактивного елемента – беккерель (Бк). Використовується позасистемна одиниця активності – кюрі, 1 Ки =3,7·1010 ядерних опадів за 1 сек.

Розрізняють експозиційні і поглинені дози.

Експозиційна доза, як характеристика розподілення енергії випромінювання в просторі і за часом, вимірюється в системі СИ як Ки/кг. Також використовують позасистемну одиницю – рентген (Р), 1 Р=2,58·10-4 Ки/кг.

Кількість енергії випромінення, яка поглинена одиницею маси живого організму - поглинена доза. В системі СИ – це грей (Гр)=1 Дж/кг. При однаковій поглиненій дозі α випромінювання в 20 разів небезпечніше від β випромінювання. Перерахована таким чином поглинена доза називається еквівалентною дозою, її одиниця в СИ – Зіверт.

28

При розрахунку дози від γ-випромінювання, з яким зазвичай зустрічається людина, можна приблизно прийняти, що 1 зіверт = 100 рентген.

6.2. Біологічна дія радіації

Біологічну дію іонізуючого випромінювання умовно поділяється на:

1)Первинні хімічні, фізико-хімічні процеси, що виникають у молекулах живих клітин і їхньому навколишньому субстрату;

2)Порушення функцій організму як наслідок первинних процесів.

Наслідки:

-Зміни на клітинному рівні;

-Розщеплення молекул білка і молекул нуклеїнових кислот;

-Канцерогенна дія (рак);

-Генетичні порушення.

6.3.Іонізуюча радіація в НС

Як за кордоном, так і в нашій країні в законодавчому порядку визначені гранично-допустимі рівні радіації, що забезпечують екологічну безпеку для здоров'я людини і його генетичного фонду. Вони називаються нормативами радіаційної безпеки і є санітарно-гієнічними нормативами дій радіації, визначувані величинами граничних рівнів річного опромінювання для осіб, що професійно працюють з випромінюваннями, і груп населення як поблизу об'єктів ядерного комплексу, так і поза межами їх впливу.

Як нормативи радіаційної безпеки в нашій країні введені наступні граничні норми річного опромінювання (річне радіаційне навантаження):

1)для професіоналів, тобто осіб, що працюють з радіоактивними речовинами,

-5 бер (величина «бер» - біологічний еквівалент рада, а «рад» приблизно рівний одному «рентгену» );

2)для населення поблизу АЕС (у 30-кілометровій зоні) і інших об'єктів атомної промисловості - 0,5 бер або 500 мбер.

Безпечним вважається рівень радіації до величини, приблизно 0,5 мкЗв/год (до 50 мкР/год), до 0,2 мкЗв/год (до 20 мкР/год) - це найбільш безпечний рівень зовнішнього опромінення тіла людини, коли радіаційний фон в нормі.

Смертельна доза опромінення для людини починається приблизно з величини 6 Зв, а допустима доза опромінення за рік становить 1-5 мЗв.

Джерела радіоактивного випромінювання, створені людиною, від циферблатів і апаратів медичної діагностики до атомної зброї та атомної енергетики, привели до зростання як індивідуальних, так і колективних доз опромінення.

За оцінками міжнародних організацій, основну дозу, одержувану людиною від техногенних джерел радіації, вносять медичні процедури.

Атомний енергетичний цикл вносить істотний вклад у підвищення радіаційного фону, зокрема при складуванні об'ємних радіоактивних відходів, що утворюються в процесі видобутку і збагачення уранових руд і при похованні відпрацьованого ядерного пального. Однак найбільшу небезпеку представляють аварії на атомних електростанціях.

29

Для забезпечення захисту населення від впливу радіоактивного випромінювання в Україні прийнято ряд законодавчих актів і відомчих нормативних документів. Відповідно до них, зокрема, передбачений обов’язків радіаційний контроль в будівництві і виробництві будівельних матеріалів для забезпечення допустимих рівнів регламентованих параметрів. Під суворим контролем повинна знаходитися медична апаратура, використовувана для рентгенодіагностики.

7. Шумове забруднення НС

Шум — одна з форм фізичного (хвильового) забруднення навколишнього середовища.

Під шумом розуміють усі неприємні та небажані звуки чи їхню сукупність, які заважають нормально працювати, сприймати інформаційні звукові сигнали, відпочивати.

Він виникає внаслідок стиснення і розрідження повітряних мас, тобто коливних змін тиску повітря.

Розрізняють шум постійний, непостійний, коливний, переривчастий, імпульсний.

Загалом шум — це хаотичне нагромадження звуків різної частоти, сили, висоти, тривалості, які виходять за межі звукового комфорту.

Нині добре відомо, що шуми шкідливо впливають на здоров'я людей, знижують їхню працездатність, викликають захворювання органів слуху (глухоту), ендокринної, нервової, серцево-судинної систем (гіпертонія). Фізіолого-біологічна адаптація людини до шуму практично неможлива, тому регулювання і обмеження шумового забруднення довкілля — важливий і обов'язковий захід.

Одиницею вимірювання шуму є Бел — відношення діючого значення звукового тиску до мінімального значення, котре сприймається вухом людини.

На практиці використовується десята частина цієї фізичної одиниці — децибел

(дБ).

Рівень шуму навколишнього природного середовища складає 30—60 дБА. До цього природного фону за сучасних умов додаються виробничі й транспортні шуми, рівень яких нерідко перевищує 100 дБА.

Джерелами шумів є всі види транспорту, промислові об'єкти, гучномовні пристрої, ліфти, телевізори, радіоприймачі, музичні інструменти, юрби людей і окремі особи.

Сто років тому рівень шуму на центральних магістралях великих міст не перевищував 60 дБА. Нині у великих містах є райони, де він перевищує 70 дБА (санітарна норма для нічного часу — 40 дБА). 60—80 % міського шуму генерує автотранспорт.

Вплив на людину. На пристосування до сильного шуму організм людини витрачає велику кількість енергії, перенапружується нервова система, виникають втома, нервовий і психічний розлади.

Особливо важко переносяться раптові різкі високочастотні звуки. При рівні шуму понад 80 дБА послаблюється слух, виникають нервово-психічні захворювання, виразка шлунку, гіпертонія, підвищується агресивність. Дуже

30