Химическое загрязнение окружающей среды

Последствия химического загрязнения окружающей среды для человека могут быть различными, в зависимости от природы, концентраций и времени действия. Реакция на загрязнения зависит от возраста, пола, состояния здоровья. Наиболее уязвимы дети, пожилые и больные люди. При систематическом поступлении в организм токсичных веществ могут наступать хронические отравления, признаками которых являются: нейропсихические отклонения, утомление, сонливость или бессонница, апатия, ослабление внимания, забывчивость, колебания настроения и др. Сходные признаки наблюдаются и при радиоактивном загрязнении среды, превышающем нормы. Высокотоксичные соединения часто приводят к хроническим заболеваниям различных органов и нервной системы.

Канцерогены вызывают особую озабоченность людей. Установлено, что многие вещества (хром, никель, бериллий, свинец, бенз(а)пирен, асбест, табак и др.) являются канцерогенами.

Многие канцерогены могут вызвать необратимые изменения в генах, называемые мутацией.

Фактически сегодня отсутствуют надежные способы для испытания 9000 синтетических веществ, производимых в настоящее время (к тому же число их ежегодно увеличивается на 500-1000). В США, например, по данным Национального института профессиональной безопасности и здоровья, каждый четвертый рабочий, т.е. почти 22 млн. человек, может подвергаться действию токсичных веществ: ртути, свинца, пестицидов, асбеста, хрома, мышьяка, хлороформа и др. Не составляют исключения и служащие, которые подвергаются действию вредных веществ в воздухе, так же как и семьи рабочих, контактирующих с этими веществами через рабочую одежду. Воздействуя на организм, вредные вещества вызывают острые и хронические заболевания: острые возникают после однократного воздействия и могут приводить к смертельному исходу, хронические развиваются в результате систематического воздействия доз, не приводящих к острому отравлению. Хронические заболевания часто вызывают соединения свинца, марганца, пары ртути и др. Некоторые вещества, например, синильная кислота или цианистый калий, вызывают только острые отравления.

ЛЕКЦИЯ 5. РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

Воздействие физических экологических факторов на здоровье человека имеет не меньшее влияние, чем влияние химических соединений. Важнейший фактор здесь – ионизирующие излучения.

Ионизирующее излучение состоит из рентгеновских лучей,  - лучей и космических лучей. Эти виды лучей обладают энергией, достаточной для превращения ионов в атомы с высвобождением электронов. Воздействием этих ионов и обусловлены изменения в клетках организма. Распад ядер р/а элементов также порождает ионизирующее излучение, состоящее из -, - и - лучей. Наиболее опасно -излучение, т.к. оно проходит даже через несколько сантиметров свинцовой защиты.

Люди подвергаются действию ионизирующих излучений при рентгене, р/а распаде элементов и из космоса. Доза облучения чаще всего измеряется в бэрах (1бэр эквивалентен по биологическому воздействию дозе в 1 рентген).

Если исключить воздействие источников, созданных человеком, то уровень излучения будет соответствовать естественному радиационному фону. Естественный фон в США равен 100-150 миллибэр в год. Средняя доза, получаемая при рентгене, оценивается в 90 мбэр в год.

Около половины всех излучений поступает от природных источников. 1/3 здесь составляют космические лучи, 1/3- природные радиоактивные элементы в почвах и горных породах, 1/3 – р/а элементы (К⁴⁰ и др.) в организме человека. Некоторые стройматериалы (гранит, фосфогипс) также могут быть источником излучения.

Важную роль во многих странах играет атомная энергетика. В наиболее распространенных атомных электростанциях на тепловых нейтронах через реактор, в котором находятся тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ) с обогащенным ураном (концентрация ²³⁵U повышена до 2-4,4%, остальное –²³⁸U), протекает теплоноситель, обычно вода. В результате распада атомов²³⁵U под действием тепловых нейтронов в ТВЭЛах происходит выделение энергии, и температура протекающей воды повышается. Далее эта вода поступает в парогенератор, там возникает пар, который действует на турбину, связанную с ротором синхронного генератора, где генерируется электрическая энергия, направляющаяся по линиям электропередачи к потребителям (как и в случае ТЭС). Пар охлаждается в конденсаторе теплообменника с помощью воды и снова поступает в парогенератор.

В нашей стране построены атомные реакторы двух типов ВВЭР-1000 – водо-водяной энергетический реактор (18 реакторов) и РБМК-1000 – реактор большой мощности канальный (11 реакторов).

Чтобы представить себе габариты и параметры реактора , приведем эти данные для реактора ВВЭР Нововоронежской АЭС. Реактор имеет диаметр 46 м и высоту около 11 м. Масса корпуса 304 т.

Масса урана в активной зоне 66 т. Толщина стенок корпуса для обеспечения биологической защиты 12 см. В качестве теплоносителя используется дистиллированная вода, которая прокачивается через реактор под давлением 100 атм. Вода поступает в реактор при температуре 269⁰С и покидает его при температуре 300⁰С, нагреваясь на 31⁰С. Для управления атомной реакцией в реактор вводятся графитовые стержни. В парогенераторе образуется пар под давлением 47 атм.

В 1997 году в мире эксплуатировалось 437 энергоблоков АЭС. Электроэнергия на АЭС вырабатывается в 25 странах мира. По абсолютной мощности первое место занимает США (109 реакторов), второе Франция (56 реакторов), третье – Япония (51 реактор), четвертое – Великобритания (35 реакторов), пятое – Россия (29 реакторов). Удельный вес атомной энергетики в производстве электроэнергии в разных странах составлял: в нашей стране 15%, в США – 19, Япония – 28, ФРГ – 34, Швеция – 51, Франция – 75, во всем мире – 17%. В Японии находится крупнейшая в мире АЭС «Фукусима» (10 блоков мощностью 8 ГВт).

Использование ядерного топлива не создает на АЭС двуокиси углерода СО₂, т.е. не способствует развитию парникового эффекта, а также не создает окислов серы и азота, приводящих к кислотным осадкам. Теплотворная способность ядерного топлива примерно в 2 млн. раз выше, чем у углеродсодержащего топлива.

Если все АЭС в мире заменить на ТЭС (на угле), то потребовалось бы дополнительно 600 млн.т угля, в окружающую среду поступило бы 2 млрд. т углекислого газа, более 30 млн. т оксидов азота, 50 мен т серы, 4 млн. т летучей золы. Эксплуатация АЭС позволяет экономить в мире 400 млн. т нефти ежегодно. Себестоимость энергии на АЭС в нашей стране в 1,5-2 раза меньше, чем на ТЭС. Однако в расчете на единицу производимой электрической энергии АЭС сбрасывают в окружающую среду больше тепла, чем ТЭС в аналогичных условиях. Это связано с меньшим КПД АЭС.

Тепловое загрязнение окружающей среды АЭС и ТЭС может быть весьма большим. В ФРГ рассматривался перспективный план строительства 15 АЭС и 8 ТЭС в бассейне Рейна, однако выяснилось, что когда в действие вступят все станции, температура в ряде притоков Рейна поднимется до 45^O С, и всякая жизнь в них будет уничтожена.

На АЭС в основном используются реакторы на тепловых нейтронах. Таких реакторов 80% от их общего числа. Они способны использовать только 1-2% энергии урана ²³⁵U. В настоящее время наиболее перспективной представляется ветвь атомной энергетики, связанная с реакторами на быстрых нейтронах (бридеры), в которых идет деление дешевого изотопа урана ²³⁸U, запасы которого достаточно велики.

Однако такие реакторы работают в режиме расширенного производства плутония – основы ядерного оружия. Наличие большого количества АЭС приведет к переработке (остекловывание отходов и захоронение в глубинных стабильных геологических формациях), транспортировке и захоронению в шахтах или на дне моря больших количеств продуктов радиоактивного распада, способных уничтожить все человечество. Опасность для людей представляют и аварии на АЭС, сопровождающиеся выбросом радиоактивных продуктов распада в атмосферу.

Неизгладимое впечатление на человечество произвела катастрофа на Чернобыльской АЭС. Из-за недостатков конструкции реактора и ошибочных действий персонала в 1 ч 24 мин ночи 26 мая 1986 года вышел из-под контроля реактор РБМК четвертого блока, раздался взрыв, начался пожар и из 180 т радиоактивного топлива в воздух взлетело около 63 кг радиоактивных продуктов деления, что примерно в 100 раз превышает количество продуктов деления (740 г) в атомной бомбе, взорванной над Хиросимой. Сотни тысяч человек подверглись радиоактивному облучению. Период полураспада некоторых изотопов, получившихся в результате деления урана, например ¹³¹I, весьма мал (8 сут.), а некоторых (стронций ⁹⁰St) превышает 8 лет. В результате территория вокруг Чернобыльской АЭС на 300 лет стала опасной для жизни.

Радиоактивные облака двинулись в Европу через Белоруссию, Польшу до Скандинавии и на юг через Киев, Болгарию, Турцию до Израиля.

Более 2/3 радиоактивного пепла выпало в Белоруссии и покрыло пятую часть ее территории. Смертельной угрозе подвергся генофонд нации. В течение 5 лет после катастрофы зафиксирован рост числа раковых заболеваний щитовидной железы у детей в 22 раза, в 90 раз возросло число больных саркомой (рак крови) среди взрослых. Ущерб, нанесенный Чернобылем Республике Беларусь, превышает 200 млрд. дол. В результате Чернобыльской катастрофы загрязнено около 58 тыс. км² площадей в России, где проживает 2 млн. 650 тыс. человек. Наибольшее число радиоактивно зараженных территорий расположено в Брянской, Калужской, Тульской и Орловской областях.

Кроме того, следует помнить, что АЭС могут быть взорваны с помощью обычного оружия при возникновении военных действий или в результате деятельности террористов; возможно также хищение радиоактивных материалов с АЭС. Разрушение крупной АЭС сопоставимо по последствиям со взрывом ядерной бомбы мегатонной мощности.

В результате отношение мирового общественного мнения в атомной энергетике резко изменилось. Парламент Швеции принял решение о закрытии вт 1998 г. первой АЭС, а к 2010 г. последней АЭС, аналогичное решение принято в ФРГ. Многие государства, в том числе Италия, отказались от строительства новых АЭС. Однако, продолжают их возводить Индия, Южная Корея, Япония, Словакия, Россия, Иран, Пакистан, Бразилия, Украина, Чехия, Франция.

С целью повышения безопасности АЭС академик А.Д.Сахаров предлагал строить их под землей, подсчитав, что себестоимость строительства увеличится только на 20%. Во Франции разрабатываются безопасные реакторы с двумя защитными оболочками. Внутренняя рассчитана на давление теплоносителя, возникающее при разрушении корпуса реактора, удержание продуктов деления и ядерного топлива. Наружная предохраняет реактор от внешнего воздействия (падения самолета, террористического акта и т.п.).

Лауреат Нобелевской премии К. Руббиа (Италия) предлагает создать подкритичные (неспособные самостоятельно поддерживать ядерную реакцию) реакторы с ториевым (а не урановым) топливом с ускорителем частиц. При отключении ускорителя ядерная реакция прекращается. В таком реакторе не образуется плутоний – материал для атомных бомб. Запасы тория на Земле огромны, их хватит на многие тысячелетия. В течение 5 лет (с 1997 г.) в европейском центре ядерных испытаний (ЦЕРН, Швейцария) под руководством К. Руббиа предполагается завершить работу по созданию ядерного реактора, способного превращать радиоактивные отходы в нерадиоактивные.

Особенности Уральского региона состоят в том, что его территория несёт в себе следы самых разнообразных по происхождению радиационных воздействий. На севере это влияние Новоземельского ядерного полигона, на Среднем и Южном Урале – зона влияния ПО «Маяк», где в 1957г. произошла тяжелейшая радиационная катастрофа, известная как Кыштымская. На этой же территории производились подземные ядерные взрывы, испытания ядерного оружия, производились ядерные боеприпасы, переработка ядерного горючего и другие технологические процессы с использованием источников радиоактивного загрязнения.

При оценке радиационной обстановки обычно руководствуются следующими факторами:

1 – природным радиационным фоном, создаваемым естественными радионуклидами (ЕРН);

2 – техногенно-измененным радиационным фоном, обусловленным возведением зданий на территориях с повышенным уровнем радоновыделения и использованием в строительстве, производственной деятельности и быту материалов с повышенным содержанием ЕРН;

3 – деятельностью на территории региона предприятий ядерно-энергетического комплекса и атомной промышленности;

4 – наличием на территории региона пунктов временного захоронения Р/а материалов и пунктов захоронения радиоактивных отходов;

5 – последствиями р/а загрязнения территории в результате подземных ядерных взрывов, испытаний ядерного оружия, радиационных аварий и деятельностью предприятий по обогащению и переработке минерального сырья с высоким содержанием ЕРН;

6 – глобальными выпадениями искусственных радионуклидов.

Природный радиационный фон в пределах Урала обусловлен геолого-геофизическими особенностями региона и определяется природными минералами и горными породами, содержащими в том или ином количестве ЕРН. Это уран – 238 и торий – 232 с дочерними продуктами распада, а также калий – 40. Естественный радиационный фон характеризуется достаточно высокой мозаичностью и вариабельностью. Так, на территории Свердловской области имеется более 1000 локальных скоплений урановой, ториевой и уран-ториевой минерализации, 350 источников с повышенным содержанием ЕРН.

Средняя мощность экспозиционной дозы (МЭД) для Свердловской области составляет от 6 до 12 мкР/час, однако, в пределах гранитных массивов (Адуйского, Шарташского достигает значений 18-20 мкР/час).

Объемная активность газообразного радона в воздухе жилых помещений Свердловской области равна 82 Бк/м³, что более чем в два раза превышает среднемировое значение (40 Бк/м³). Это обуславливает среднегодовую дозу облучения населения по радону 1,8 м3в. По данным В.И.Уткина приблизительно в 5% обследованных зданий объемная активность радона превышает принятый в России норматив 400 Бк/м³. Наибольшему воздействию радона подвергаются жители одноэтажных домов сельского типа и жители первых этажей.

II. Техногенное воздействие в пределах Уральского региона определяется наличием:

а) пунктов захоронения и временного хранения радиоактивных отходов и материалов (Региональный пункт захоронения спецкомбината «РАДОН» - входит в 100 км зону БАЭС), пункт захоронения РАО Ключевского завода ферросплавов, склады монацитового концентрата в Красноуфимском районе.

б) территорий, где ранее производились ядерные взрывы или аварии (Пермская область  10 подземных ядерных взрывов

• Осинское и Красновишерское нефтяные месторождения, канал Печора – Кама), - Челябинская и Свердловская области – Восточно-Уральский радиоактивный след, сформировавшийся вследствие произошедшего в 1957 г. на ПО «МАЯК» теплового взрыва одной из ёмкостей, содержащей жидкие отходы активностью около 20 млн. кюри (Кu) – выброс около 2 млн Ku.

В 1967-1971 г.г. на ВУРС в пределах первых 100 км наложился ветровой выброс из о. Карачай. Пос. Озёрный и Костоусово – использование отходов обогащения Th-содержащих песков (1949-64) в бытовых целях.

ЛЕКЦИЯ 6.