Экологические проблемы химической технологии
Система «человек — окружающая среда» находится всостоянии динамического равновесия, при котором поддерживается экологическисбалансированное состояние природной среды, при котором живые организмы, в томчисле человек, взаимодействуют друг с другом и окружающей их абиотической (неживой)средой без нарушения этого равновесия.
В эпоху научно-технической революции возрастающая рольюнауки в жизни общества нередко приводит к всевозможным негативным последствиямиспользования научных достижений в военном деле (химическое оружие, атомноеоружие), промышленности (некоторые конструкции атомных реакторов), энергетике (равнинныеГЭС), сельском хозяйстве (засоление почвы, отравление речных стоков),здравоохранении (выпуск лекарств непроверенного действия) и других областяхнародного хозяйства. Нарушение равновесного состояния между человеком иокружающей его средой может иметь уже в настоящее время глобальные последствияв виде ухудшения среды обитания, разрушения природных экологических систем,изменения генофонда населения. По данным ВОЗ 20-40% здоровья людей зависят отсостояния среды, 20-50% — от образа жизни, 15-20% — от генетических факторов.
По глубине реакции окружающей среды различают:
Возмущение, временное и обратимое изменение среды.
Загрязнение, накопление поступающих извне или генерируемыхсамой средой в результате антропогенного воздействия примесей техногенногохарактера (веществ, энергии, явлений).
Аномалии, устойчивые, но локальные количественные отклонениясреды от состояния равновесия. При длительном антропогенном воздействии могутнаступить:
Кризис среды, состояние, при котором параметры ееприближаются к допустимым пределам отклонений.
Разрушение среды, состояние, при котором она становитсянепригодной для обитания человека или использования в качестве источникаприродных ресурсов.
Чтобы предотвратить настолько пагубное действиеантропогенного фактора, было введено понятие ПДК (предельно допустимыеконцентрации веществ) — концентрация веществ, которая не оказывает на человекапрямого или косвенного влияния, не снижает работоспособности, не сказывается наздоровье и настроении.
ПДК некоторых загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны
/>
/>
/>
/>
Для оценки токсичности определяют свойства вещества (растворимостьв воде, летучесть, рН, температурные и другие константы) и свойства среды, кудаоно попало (климатические характеристики, свойства водоема и почвы).
Мониторинг — наблюдение (слежение) за состоянием среды сцелью обнаружения изменения этого состояния, их динамики, быстроты инаправления. Получаемые в результате длительных наблюдений и многочисленныханализов сводные данные позволяют прогнозировать экологическую обстановку наряд лет вперед и принимать меры для устранения неблагоприятных воздействий иявлений. Этой работой профессионально занимаются специальные организации — биосферные заповедники, санэпидемстанции, экологические стационары и др.
Отбор пробы воздуха.
Биопроба воздуха может быть относительно небольшой;
В лабораторных условиях биопробу из воздуха формируют вжидком состоянии;
Биопробу отбирают, используя улавливающее устройство: аспиратордля отбора проб, поглотительный прибор Рыхтера с поглотительным раствором. Срокхранения отбираемых проб не более 2 суток;
В замкнутом пространстве пробу воздуха забирают в центрекомнаты, на высоте 0,75 и 1,5 м. от пола
Отбор пробы воды.
Пробы отбирают при помощи пипеток, бюреток, мерных колб (демонстрацияучащимся).
Отбор пробы жидкости из замкнутого объема проводят после еетщательного перемешивания.
Отбор биопробы гомогенной жидкости из потока производятчерез определенные интервалы времени и в разных местах.
Биопробы природной воды для получения достоверныхрезультатов необходимо анализировать в течение 1-2 чпосле отбора.
Для отбора биопроб на разной глубине используют специальныепробоотборные устройства — батометры, основной частью которых являетсяцилиндрический сосуд вместимостью 1-3 л, снабженный сверху и снизу крышками. Послепогружения в жидкость на заданную глубину крышки цилиндра закрывают, и сосуд спробой поднимают на поверхность.
Отбор пробы твердого вещества.
Биопроба твердых веществ должна быть представительной поотношению к исследуемому материалу (содержать максимально возможноеразнообразие в составе исследуемого материала‚ например‚ для контроля качестватаблеток целесообразно анализировать не отдельную таблетку‚ а смешиватьопределенное их количество и отбирать из этой смеси пробу‚ соответствующуюсредней массе одной таблетки).
При отборе пробы стремятся к возможно большей гомогенизацииматериала‚ достигаемой механическим способом (растирание‚ размельчение).
Биопробы из твердых биосубстратов преобразуют в жидкофазнуюбиопробу.
Для этого используют специальные технологические приемы: подготовкарастворов, взвесей, коллоидов, паст и других жидкообразных сред.
Приготовление водной почвенной вытяжки.
Ход работы: пробу почвы тщательно растереть в ступке. Взять25 г почвы, перенести в колбу на 200 мл и прилить 50 мл дистиллированной воды. Содержимоеколбы тщательно взболтать и дать отстоятся в течение 5-10 мин, а затем послекратковременного взбалтывания отфильтровать в колбу на 100 мл через плотныйфильтр. Если фильтрат получился мутный, повторить фильтрование через этот жефильтр до получения прозрачного фильтрата.
Определение показателей‚ характеризующих органолептическиесвойства воды.
Органолептические свойства нормируются по интенсивности ихвосприятия человеком. Это запах, привкус, цветность, прозрачность, мутность,температура, примеси (пленка, водные организмы).
Опыт № 1. Определение прозрачности воды.
Реактивы: 3 пробы воды (из разных районов г. Пензы).
Оборудование: 3 мерных цилиндра, пластинка из пластмассы,маркер.
Ход работы. В мерный цилиндр налить разные пробы воды. Надно каждого цилиндра поместить пластинку из белой пластмассы с нанесенными нанее черным несмывающимся крестом. Перед замером воду взболтать. Прозрачность,зависящая от количества взвешенных частиц определяется высотой столба воды вцилиндре (в см), сквозь, который просматривается контур креста.
Определение запаха воды.
Естественные запахи воды связаны с жизнедеятельностьюрастений и животных или гниением их остатков‚ искусственные запахи с попаданиемпроизводственных или сточных вод.
Различают ароматический, болотный, гнилостный, древесный,землистый, плесневелый, рыбный, сероводородный, травянистый и неопределенныйзапахи.
Силу запаха определяют по 5-бальной системе:
балл — запаха нет или очень слабый (обычно не замечается).
балла — слабый (обнаруживается, если на него обратитьвнимание).
балла — заметный (легко замечается и может вызватьнеодобрительные отзывы о воде).
балла — отчетливый (способный вызвать воздержание от питья).
баллов — очень сильный (настолько сильный, что водасовершенно непригодна для питья).
Определение цветности воды.
Цветность — это природное свойство воды‚ обусловленноеналичием гуминовых веществ‚ которые придают ей окраску от желтоватого докоричневого цвета. Гуминовые вещества образуются при разрушении органическихсоединений в почве‚ вымываются из неё и поступают в открытые водоёмы. Поэтомуцветность свойственна воде открытых водоёмов и резко увеличивается в паводковыйпериод.
Реактивы: пробы воды, дистиллированная вода.
Оборудование: 4 химических стакана, лист белой бумаги.
Ход работы: Определение проводится путем сравнения ее сдистиллированной водой. Для этого берут 4 одинаковых химических стакана,заполняют их водой — один дистиллированной, другие — исследуемой. На фоне листабелой бумаги сравнить наблюдаемый цвет: бесцветная, светло-бурая, желтоватая.
Определение показателей‚ характеризующих химический состав исвойства воды.
Такие показатели, как сухой остаток‚ общая жесткость‚ рН‚щелочность‚ содержание катионов и анионов: Ca2+,Na+, HCO3-,Cl-, Mg2+характеризуют природный состав воды.
Определение плотности воды.
Определение рН (водородного показателя).
На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроокисей,солей, подверженных гидролизу, гуминовых веществ и т.п. Данный показательявляется индикатором загрязнения открытых водоемов при выпуске в них кислых илищелочных сточных вод. В результате происходящих в воде химических ибиологических процессов и потерь углекислоты рН воды может быстро изменяться, иэтот показатель следует определять сразу же после отбора пробы, желательно наместе отбора.
Обнаружение органических веществ.
Ход работы: Возьмите 2 пробирки, в одну из них налейте 5 млдистиллированной воды‚ в другую — исследуемую. В каждую пробирку прибавьте покапле 5% -ного раствора перманганата калия.
Опыт № 7. Обнаружение хлорид-ионов.
Высокая растворимость хлоридов объясняет широкоераспространение их во всех природных водах. В проточных водоемах содержаниехлоридов обычно невелико (20-30 мг/л). Незагрязненные грунтовые воды в местах снесолончаковой почвой обычно содержат до 30-50 мг/л хлориона. В водах,фильтрующихся через солончаковую почву, в 1 л могут содержаться сотни и дажетысячи миллиграммов хлоридов. Вода, содержащая хлориды в концентрации более 350мг/л, имеет солоноватый привкус, а при концентрации хлоридов 500-1000 мг/лнеблагоприятно влияет на желудочную секрецию. Содержание хлоридов являетсяпоказателем загрязнения подземных и поверхностных водоисточников и сточных вод.
Таблица 2. Определение концентрации хлорид-ионовВнешний вид раствора
Концентрация ионов Сl — ‚ мг/л
Опалесценция, слабая муть
Сильная муть
Хлопья осаждаются не сразу
Белый объемистый осадок
1-10
10-50
50-100
более 100
Концентрацию ионов SО2-4можно определить, сравнивая полученный результат с данными, содержащимися втаблице 3:
Опыт № 9. Определение ионов железа (II)и железа (III).
Высокое содержание железа ухудшает органолептическиесвойства воды, делает воду непригодной в масло-сыродельном и текстильномпроизводстве, усиливает размножение железоусваивающих микроорганизмов в водопроводныхтрубах, что ведет к зарастанию труб. В водопроводной воде содержание железа недолжно превышать 0,3 мг/л. В некоторых сточных водах железо встречается вбольших количествах, например, в стоках травильных цехов, в сточных водах открашения тканей и др.
Общая жесткость (Нобщ) — этоприродное свойство воды, обусловленное наличием в ней двухвалентных катионов (главнымобразом кальция и магния).
Различают общую, карбонатную, постоянную и устранимуюжесткость.
Устранимая‚ или временная‚ (Нвр) икарбонатная (Нк) жесткости обусловлены наличием бикарбонатов(и карбонатов) кальция и магния.
Вода с жесткостью свыше 10 мг-экв/л часто имеет неприятныйвкус. Резкий переход при пользовании от мягкой к жесткой воде (а иногда инаоборот) может вызвать у людей диспепсические явления.
Течение почечно-каменной болезни ухудшается прииспользование очень жесткой воды. Жесткие воды способствуют появлениюдерматитов. При повышенном поступлении в организм кальция с питьевой водой нафоне йодной недостаточности чаще возникает зобная болезнь.
При кипячении бикарбонаты переходят в малорастворимыекарбонаты и выпадают в осадок, что приводит к образованию накипи, а жесткостьводы уменьшается. Но кипячение полностью не разрушает бикарбонаты, и часть ихостается в растворе. Устранимая (временная) жесткость определяетсяэкспериментально и показывает, насколько уменьшилась жесткость воды за 1 часкипячения. Устранимая жесткость всегда меньше карбонатной. Неустранимая,постоянная (НПОСТ) и некарбонатная жесткость (ННк) обусловленыхлористыми, сернокислыми и другими некарбонатными солями кальция и магния. Этивиды жесткости вычисляют по разности:
Нпост. = Нобщ — Нвр;Ннк = Ноб. — Нк
Мягкая вода — общая жесткость
Вода средней жесткости — общая жесткость от 3,5 до 7мг-экв/л.
Жесткая вода — общая жесткость от 7 до 10 мг-экв/л.
Очень жесткая вода — общая жесткость > 10 мг-экв/л.
Для питьевых целей предпочитают воду средней жесткости, дляхозяйственных и промышленных целей — мягкую воду.
Исходя из этого общая жесткость для воды, не подвергающейсяспециальной обработке, установлена на уровне 7 мг-экв/л.
Для определения общей жесткости пользуютсятрилонометрическим методом. Основным рабочим раствором является трилон Б — двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты:
/>
Определение суммарного содержания ионов кальция и магнияосновано на способности трилона Б образовывать с этими ионами прочныекомплексные соединения в щелочной среде, замещая свободные ионы водорода накатионы Са2+и Мg2+:
Са2+ + Na2H2R → Na2CaR + 2Н+,
где R — радикал этилендиаминтетрауксускной кислоты.
В качестве индикатора используется хромоген черный, дающий сMg2+ соединение винно-красного цвета, приисчезновении Мg2+онприобретает голубую окраску. Реакция идет при рН-10, что достигаетсядобавлением в пробу аммиачного буферного раствора (NH4OH+NH4CI). В первую очередь связываются ионы кальция, а затеммагния.
Определению мешают ионы меди (>0,002 мг/л), марганца (>0,05мг/л), железа (>1,0 мг/л), алюминия (>2,0 мг/л).
Вычисление общей жесткости в мг-экв/л производят по формуле:
Нобщ. мг/экв = n∙ N ∙ 1000/V‚
где:
n — количество трилона Б, израсходованное на титрование, в мл;
V -объем пробы, в мл;
N -нормальность трилона Б.
Определение сухого остатка
Сухой остаток — это количество растворенных солей в миллиграммах,содержащееся в 1 л воды.Т. к. масса органических веществ в сухом остатке непревышает 10-15%, сухой остаток дает представление о степени минерализации воды.
Минеральный состав воды на 85% и более обусловлен катионами Са2+Мg2+, Na+и анионами НСО3-, CI-,SO42-
Остальная часть минерального состава представленамакроэлементами Na+, K+, РО43 — и др. имикроэлементами Fe2+, Fe3+,I —, Си2+, Mo и др.
Воду с сухим остатком до 1000 мг/л называют пресной, свыше1000 мг/л — минерализованной. Вода, содержащая избыточное количествоминеральных солей, непригодна для питья, т.к имеет соленый или горько-соленыйвкус, а ее употребление (в зависимости от состава солей) приводит к различнымнеблагополучным физиологическим отклонениям в организме. С другой стороны,слабоминерализованная вода с сухим остатком ниже 50-100 мг/л неприятна на вкус,длительное ее употребление также может привести к некоторым неблагоприятнымфизиологическим сдвигам в организме (уменьшение содержания хлоридов в тканях и др.).Такая вода, как правило, содержит мало фтора и других микроэлементов.
Слабо минерализованная вода — содержит
Удовлетворительно минерализованная вода — 100-300 мг/л солей.
Повышенно минерализованная вода — содержит 300-500 мг/л солей.
Определение структуры почвы.
Под структурой почвы понимают способность её распадаться наотдельные частицы, которые называются структурными отдельностями. Они могутиметь различную форму: комки, призмы, пластинки и др.
Неправильное и избыточное внесение минеральных удобрений,способы их хранения являются причиной загрязнения почв и сельхозпродукции. Водорастворимыеформы азотных удобрений стекают в пруды, реки, ручьи, достигают грунтовых вод,вызывая повышенное содержание в них нитратов, что неблагоприятно сказывается наздоровье человека.
Очень часто удобрения вносят в почву неочищенными, чтоявляется причиной загрязнения почв радиоактивными (например, изотопами калияпри использовании калийных удобрений), а также токсическими веществами. Различныеформы суперфосфатов, обладая кислой реакцией, способствуют подкислению почвы,что нежелательно для районов, где рН почвы понижена. Избыточное количествофосфорных удобрений, стекая в стоячие и медленно текущие воды, вызываетразвитие большого количества водорослей и другой растительности, что ухудшаеткислородный режим водоемов и способствует их зарастанию.
Нитраты — неотъемлемая часть всех наземных и водныхэкосистем, поскольку процесс нитрификации, ведущий к образованию окисленныхнеорганических соединений азота, носит глобальный характер. В то же время всвязи с применением в больших масштабах азотных удобрений поступлениенеорганических соединений азота в растения возрастает. Избыточное потреблениеазота удобрений не только ведет к аккумуляции нитратов в растениях, но и способствуетзагрязнению водоемов и грунтовых вод остатками удобрений, в результате чеготерритория загрязнения сельхозпродукции нитратами расширяется. Однаконакопление нитратов в растениях может происходить не только от переизбыткаазотных удобрений, но и при недостатке других их видов (фосфорных, калийных и др.)путем частичной замены недостающих ионов нитрат-ионами при минеральном питании,а также при снижении у ряда растений активности фермента нитратредуктазы,превращающего нитраты в белки.
Ввиду этого наблюдается четкое различие видов и сортоврастений по накоплению и содержанию нитратов. Так, накопителями нитратовявляются семейства тыквенных, капустных, сельдерейных. Наибольшее их количествосодержится в листовых овощах: петрушке, укропе, сельдерее (Приложение 3),наименьшее — в томатах, баклажанах, чесноке, зеленом горошке, винограде,яблоках и др. И между отдельными сортами существуют в этом отношении сильныеразличия. Так, сорта моркови «Шантэне», «Пионер» отличаютсянизким содержанием нитратов, а «Нантская», «Лосиноостровская»- высоким. Зимние сорта капусты мало накапливают нитратов по сравнению слетними.
Наибольшее количество нитратов содержится в сосущих ипроводящих органах растений — корнях, стеблях, черешках и жилках листьев. Укабачков, огурцов и т.п. плодов нитраты убывают от плодоножки к верхушке (Приложение4).
В результате употребления продуктов, содержащих повышенноеколичество нитратов, человек может заболеть метгемоглобинией. При этомзаболевании ион NO3 — взаимодействуетс гемоглобином крови, окисляя железо, входящее в гемоглобин, до трехвалентного,а образовавшийся в результате этого метгемоглобин не способен переноситькислород‚ и человек испытывает кислородную недостаточность‚ задыхается прифизических нагрузках. В желудочно-кишечном тракте избыточное количествонитратов под действием микрофлоры кишечника превращается в токсичные нитриты, адалее возможно превращение их в нитрозоамины — сильные канцерогенные яды,вызывающие опухоли. В связи с этим при употреблении в пищу растений-накопителейнитратов важно нитраты разбавлять и употреблять в малых дозах. Содержаниенитратов можно уменьшить вымачиванием, кипячением продуктов (если отвар неиспользуется), удалением тех частей, которые содержат большое количествонитратов.
Допустимые нормы нитратов (по данным ВОЗ) составляют 5 мг (понитрат-иону) в сутки на 1 кг массы взрослого человека, т.е. при массе 50-60 кг — это 220-300 мг, а при 60-70 кг — 300-350 мг.
Может также наблюдаться эффект синергизма (усиление) иантагонизма, так как заводы загрязняют биосферу комплексно.
Решение экологических проблем:
1. Изменить технологическую схему производства (прекращениеили снижение образования отходов, максимальное выделение промежуточныхпродуктов и использование их в циклических процессах).
2. Выделить максимальное количество элементов из отходов длядругих производств.
3. Обезвреживание производственных выбросов.
Методы решения экологических проблем:
Газообразные отходы (гомогенные: оксиды серы и азота,органические вещества в виде газов — и гетерогенные: туман, пыль, аэрозоли).
Источники загрязнения атмосферы.
Атмосфера делится на тропосферу (7-8 км от поверхности земли).Выше — стратосфера — от 8-17 до 50-55 км. Температура воздуха здесь повыше, чтосвязано с наличием здесь озона.
В тропосфере существуют разные формы жизни. Поэтому именнотропосферу относят к биосфере. Загрязнения, попадая в тропосферу, переходят вболее высокие слои очень медленно. Основными антропогенными источникамизагрязнений являются:
тепловые электростанции, работающие на каменном угле ивыбрасывающие в атмосферу сажу, золу и диоксид серы;
металлургические заводы, выбросы которых содержат сажу,пыль, оксид железа, диоксид серы, фториды;
цементные заводы, выделяющие огромное количество пыли;
крупные предприятия по производству продуктов неорганическойхимии — диоксид серы, фтороводород, оксиды азота, хлор, озон;
заводы по производству целлюлозы, очистке нефти — газообразныеотходы (одоранты);
предприятия нефтехимии — служат источником поступления углеводородови органических соединений других классов, таких, как амины, меркаптаны,сульфиды, альдегиды, кетоны, спирты, кислоты и др.
отработанные газы автомобилей, а также процессы испарения чтоплива — оксид углерода, газообразные углеводороды и не изменившиеся составныечасти топлива, высококипящие полициклические ароматические углеводороды и сажа,продукты неполного окисления топлива (например, альдегиды),галогеноуглеводороды, тяжелые металлы и оксиды азота, образованию которыхспособствуют процессы, происходящие при сгорании топлива;
лесные пожары, в результате которых в воздух выделяетсязначительное количество углеводородов и оксидов углерода.
В зависимости от источника и механизма образования различаютпервичные и вторичные загрязнители воздуха.
Первичные загрязнители представляют собой вещества,попадающие в воздух непосредственно из стационарных или подвижных источников, вто время как вторичные загрязнители образуются в результате взаимодействий ватмосфере первичных загрязнителей между собой и с присутствующими ввоздухе веществами (кислород, озон, аммиак, вода) под действиемультрафиолетового излучения.
Большая часть присутствующих в воздухе твердых частиц иаэрозолей являются вторичными загрязнителями, которые часто оказываются гораздотоксичнее первичных. Выхлопные газы состоят из различных веществ и могут поддействием солнечной радиации вступать в атмосфере в фотохимические реакции,приводящие к образованию токсичного смога.
Критериальные загрязнители (для которых вводятсяспециальные критерии ПДК) — оксид углерода, диоксид серы, оксиды азота,углеводороды, твердые частицы и фотохимические оксиданты
Один из самых вредных среди загрязнителей воздуха — диоксидсеры‚ участвующий в образовании фотохимического смога.
Хотя его концентрация в среднем в воздухе больших городов нестоль велика по сравнению с другими компонентами, этот оксид считается наиболееопасным для здоровья горожан, вызывая заболевания органов дыхания, общееослабление организма. В сочетании с другими загрязнителями ведет к сокращениюсредней продолжительности жизни.
Но вред, приносимый диоксидом серы, нельзя приписыватьнепосредственно этому соединению. Главный виновник — триоксид серы SO3, который образуется в результате реакции: 2SO2 + O2 = SO3
Действие SO2 сильнеепроявляется в темноте, чем на свету. Как вы думаете, с чем это связано?
Всем вам известен оксид СО. Человек, вдыхающий несколькочасов воздух с содержанием СО всего в 0,1%, поглощает его столько, что большаячасть гемоглобина (60%) связывается с НbСО. Этотпроцесс сопровождается головной болью и снижением умственной деятельности. Приотравлении СО применяются смесь СО2 и О2 (объемная доляпервого 3 — 5%), называемую карбогеном. Повышенные концентрации этих газов всмеси позволяют вытеснить угарный газ из тканей в крови.
Высокие локальные концентрации СО, даже кратковременные,вызванные в больших городах главным образом работой автомобильного транспорта,представляют собой так называемые экологические ловушки. Монооксид углерода — бесцветный не имеющий запаха газ, поэтому его трудно обнаружить нашими органамичувств. Однако первые симптомы отравления им (появление головной боли) возникаюту человека, находящегося в среде с концентрацией СО 200 — 220 мг/м3,всего лишь за 2 часа.
Таким образом, человек может оказаться жертвой экологическойловушки. Аналогичному воздействию СО подвергаются курильщики.
Следовые количества химических элементов представлены ватмосфере такими высокотоксичными загрязнителями, как мышьяк, бериллий, кадмий,свинец, магний и хром (обычно присутствуют в воздухе в виде неорганическихсолей, адсорбированных на твердых частицах). Около 60 металлов присутствуют впродуктах сгорания угля и дымовых газах ТЭС. Ежегодно в воздушный бассейнпопадает огромное количество свинца. Очень токсичны металлическая ртуть исвинец, а также их металлоорганические соединения.
Скапливаясь в атмосфере, загрязнители взаимодействуют друг сдругом, гидролизуются и окисляются под действием влаги и кислорода, а такжеизменяют свой состав под воздействием радиации Большую опасность представляюттакже смеси различных загрязнителей, концентрация отдельных компонентов вкоторых ниже ПДК. Вместе такие смеси могут представлять значительную угрозувсему живому вследствие кумулятивного эффекта. Велика продолжительностьпребывания в воздухе малоактивных соединений — постоянных газов (фреоны идиоксид углерода). Из пестицидов, которые распыляют с самолетов, особеннотоксичны фосфорорганические пестициды, при фотолизе которых в атмосфереобразуются продукты еще более токсичные, чем исходные соединения.
Так называемые абразивные частицы, к которым относятсядиоксид кремния и асбесты, при респираторном проникновении в организм вызываютсерьезные заболевания.
Экологический смог — комплексное загрязнение атмосферы,обусловленное застаиванием масс воздуха в крупных городах с развитой промышленностьюи большим количеством транспорта. Происхождение этого английского слова ясно изследующей схемы: SMОКЕ+FOG=дым туман.
SMOG.
Смог лондонского типа — сочетание газообразных загрязнителей(в основном сернистого газа), пылевых частиц и тумана. Особенно характерен длязагрязненной атмосферы над Лондоном, причем главным источником загрязнениявоздуха служат продукты сжигания угля и мазута. В декабре 1952 года в Лондонево время смога, продолжавшегося около двух недель, погибло свыше 4000 человек. Аналогичныепоследствия смога отмечались в Лондоне в 1873, 1882, 1891, 1948 годах. Такоготипа смог наблюдается лишь в осеннее — зимнее время (с октября по февраль), Юкогда резко ухудшалось самочувствие людей, возрастало число простудныхзаболеваний и пр.
Смог фотохимический (Лос-Анджелеского типа) — возникает врезультате фотохимических реакций при наличии в атмосфере высокой концентрацииоксидов азота, углеводородов, озона, интенсивной солнечной радиации и безветрияили очень слабого обмена воздушных масс в приземном слое. В отличие от смогалондонского типа, именно в солнечную погоду при значительных концентрацияхвыхлопных газов автомобилей в атмосфере обнаружен в 30 — х годах 20 — го века вЛос-Анджелесе, а теперь это нередкое явление в крупных городах мира.
Автомобильные двигатели внутреннего сгорания — главныйисточник этого комплексного загрязнения. В России автотранспорт ежедневновыбрасывает в атмосферу 16,6 млн. тонн загрязняющих веществ. Особенно тяжелаяэкологическая ситуация сложилась в Москве, Санкт — Петербурге, Томске,Краснодаре.30% заболеваний горожан непосредственно связаны с загрязненностьювоздуха выхлопными газами. Автомобильными двигателями выделяются в воздухгородов более 95% оксида углерода, около 65% углеводородов и 30% оксидов азота.Характер выделяемых вредных примесей зависит от типа двигателей, которыеподразделяются на бензиновые и дизельные. Основными вредными примесями,содержащимися в выхлопных газах, являются: оксиды азота, оксиды углерода,различные углеводороды, включая и канцерогенный бензпирен, альдегиды, оксидысеры. Бензиновые двигатели, кроме того, выделяют продукты, содержащие свинец,хлор, а дизельные — значительные количества сажи и частичек копоти.
1. Метод рассеивания через трубу.
2. Фильтры.
3. Каталитическая очистка газов:
S-> S02 — > S03 — >H2SO4
NO->N2
СО — > СH4
4. Химические методы очистки:
а) абсорбционные — поглощение газов жидкости при пониженнойтемпературе и повышенном давлении (вода, органические абсорбенты, перманганат калия,раствор поташа, меркаптоэтанол); Ь) адсорбция (активированный уголь,силикогель, циалиты).
Очистка сточных вод химических предприятий.
Гидросфера служит естественным аккумулятором большинствазагрязняющих веществ, поступающих в атмосферу или литосферу. Это связано сбольшой растворяющей способностью воды, с круговоротом воды в природе, а такжес тем, что водоемы являются конечным пунктом на пути движения различных сточныхвод.
В результате сброса неочищенных сточных вод предприятиями,коммунальными и сельскохозяйственными объектами происходит изменениеестественных свойств воды за счет увеличения вредных примесей неорганической иорганической природы. К неорганическим примесям относят тяжелые металлы,кислоты, щелочи, минеральные соли и удобрения с биогенными элементами (азот,фосфор, углерод, кремний). Среди органических примесей выделяют легкоокисляемые (органические вещества сточных вод пищевых предприятий и другиебиологически мягкие вещества) и трудноокисляемые и поэтому трудно выводимые изводы (нефть и продукты ее переработки, органические остатки, БАВ, пестициды и др.).
Изменение физических параметров воды возможно в результатепопадания в нее примесей трех типов: механических (твердые нерастворимыечастицы: песок, глина, шлак, рудные включения); тепловых (сбросподогретых вод ТЭС, АЭС и промышленных предприятий); радиоактивных (продукцияпредприятий по добыче радиоактивного сырья, обогатительные фабрики, АЭС и т.д.)- Влияние механических и радиоактивных примесей на качество воды понятно, атепловые примеси могут привести к экзотермическим химическим реакциямкомпонентов, растворенных или взвешенных в воде, и синтезу еще более опасныхвеществ.
Изменение свойств воды происходит в результате увеличенияколичества микроорганизмов, растений и животных из внешних источников: бактерий,водорослей, грибов, червей и др. (сброс бытовых сточных вод и отходов некоторыхпредприятий). Их жизнедеятельность могут сильно активизировать физическиезагрязнения (особенно тепловые).
Тепловое загрязнение вызывает интенсификацию процессовжизнедеятельности водных организмов, что нарушает равновесие экосистемы.
Минеральные соли опасны для одноклеточных организмов,обменивающихся с внешней средой осмотически.
Взвешенные частицы уменьшают прозрачность воды, снижаютфотосинтез водных растений и аэрацию водной среды, способствуют заилению дна взонах с малой скоростью течения, оказывают неблагоприятное воздействие нажизнедеятельность водных организмов-фильтраторов. На взвешенных частицах могутсорбироваться различные загрязняющие вещества; оседая на дно, они могут статьисточником вторичного загрязнения воды.
Загрязнение вод тяжелыми металлами не только оказываетэкологический вред, но и наносит значительный экономический ущерб. Источникамизагрязнения воды тяжелыми металлами служат гальванические цехи, предприятиягорнодобывающей промышленности, черной и цветной металлургии.
При загрязнении воды нефтепродуктами на поверхностиобразуется пленка, препятствующая газообмену воды с атмосферой. В ней, а такжев эмульсии тяжелых фракций накапливаются другие загрязнители, кроме того саминефтепродукты аккумулируются в водных организмах. Основными источникамизагрязнения вод нефтепродуктами является водный транспорт и поверхностный стокс городских территорий. Загрязнение водной среды биогенными элементами ведет кэвтрофированию водоемов.
Органические вещества-красители, фенолы, ПАВ, диоксины,пестициды и др. создают опасность возникновения токсикологической ситуации вводоеме. Особенно токсичными и устойчивыми в окружающей среде являются диоксины.Это две группы хлорсодержащих органических соединений относящихся кдибензодиоксинам и дибензофуранам. Один из них — 2, 3, 7,8-тетрахлордибензодиоксин (2, 3, 7, 8 — ТХДД) является самым токсичнымсоединением, известным науке. Токсическое действие различных диоксиновпроявляется одинаково, но отличается по интенсивности. Диоксины накапливаются вокружающей среде и концентрация их растет.
Если условно рассечь водную массу вертикальной плоскостью,можно выделить места различной реакционной способности: поверхностную пленку,основную водную массу и донный осадок.
Донный осадок и поверхностная пленка являются зонамиконцентрирования загрязняющих веществ. На дно оседают нерастворимые в водесоединения, а осадок является хорошим сорбентом для многих веществ.
В воду могут попадать неразлагаемые загрязняющие вещества. Ноони способны реагировать с другими химическими соединениями, образуя устойчивыеконечные продукты, которые накапливаются в биологических объектах (планктоне,рыбах и т.д.) и через пищевую цепь попадают в организм человека.
При выборе места отбора пробы воды учитываются всеобстоятельства, которые могут оказать влияние на состав взятой пробы.
Различают две основные пробы: разовую и среднюю. Разовуюпробу получают путем отбора требуемого объема воды за один раз. Средняя пробаполучается смешением равных объемов проб, отобранных через равные промежуткивремени. Средняя проба тем точнее, чем меньше интервалы между отдельно взятымисоставляющими ее пробами.
Воду на анализ отбирают в чистую посуду, предварительно 2-3раза сполоснув ее исследуемой водой. С открытых водоемов пробы отбирают вфарватере реки с глубины 50 см. Бутыль с грузом опускают на глубину, после чегопробку открывают с помощью прикрепленного к ней держателя. Лучше для этой целииспользовать специальные приборы — батометры, которые позволяют применятьпосуду разной формы и емкости. Батометр состоит из зажима, плотнообхватывающего посуду, и приспособления для открывания пробки на нужной глубине.
При длительном стоянии пробы могут произойти существенныеизменения в составе воды, поэтому, если нельзя начать анализ воды сразу послеотбора или через 12 часов после отбора, ее консервируют для стабилизациихимического состава. Универсального консервирующего средства не существует.
Выделяют 3 группы показателей, определяющих качество воды (подробнои экспериментально разберем на практикуме):
А — показатели, характеризующие органолептические свойства;
Б — показатели, характеризующие химический состав воды;
В — показатели, характеризующие эпидемическую безопасностьводы.
Для того, чтобы человек мог использовать воду для питья, еёсначала очищают.
Стадии очистки воды:
Отстаивание
Фильтрование
Обеззараживание
Для обеззараживания применяют газы — хлор и озон.
Используют и химико-биологическую очистку воды. Отстойникизаселяют хлореллой. Это одноклеточное растение, быстро размножаясь, поглощаетиз воды СО2 и некоторые вредные вещества. В результате водаочищается, а хлореллу используют в качестве корма для скота.
Подготовка питьевой воды.
Река, озеро или резервуар — отделение крупных примесей — предварительное хлорирование — выпадение хлопьев — осаждение примесейотстаиванием — фильтрование через песок — хлорирование — дополнительнаяобработка — в городскую систему водоснабжения.
Чтобы выжить, человеку требуется около 1,5 л воды в сутки. Нокаждый гражданин ежегодно расходует на бытовые нужды до 600 л воды. Много водыпотребляет промышленность.
Например, для выпуска 1 кг бумаги требуется 20 000 л преснойводы. Основной загрязнитель воды — сельское хозяйство. Для повышенияурожайности на поле вносят различные удобрения. Это может привести к повышениюконцентрации различных соединений в продуктах питания и питьевой воде, а этоопасно для здоровья. Среди других загрязняющих веществ наиболее заметны нефть инефтепродукты, попадающие в природные воды при эксплуатации нефтяных танкеров.
По данным ВОЗ 80% от всех инфекционных болезней в миресвязано неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно — гигиенических норм водоснабжения. В мире 2 млрд. человек имеют хроническиезаболевания в связи с использованием загрязненной воды (Приложение 2, таблица 1).
По оценке экспертов ООН, до 80% химических соединений раноили поздно попадают в водоисточники. Ежегодно в мире сбрасывается более 420 км3сточных вод, которые делают непригодными около 7 тыс. км3 воды. Серьезнуюопасность для здоровья населения представляет химический состав воды. В природеона никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Она постояннонесет в себе большое количество различных элементов и соединений, соотношениекоторых определяется условиями формирования воды, составом водородных пород.
Методы очистки воды в быту.
Самый простой и доступный для всех метод — отстаиваниеводопроводной воды. При этом улетучивается остаточный свободный хлор. Поддействием гравитационных сил происходит осаждение относительно крупныхсуспензионных и коллоидных частиц, находящихся во взвешенном состоянии. Осадокможет пожелтеть Как вы думаете, о чем это будет свидетельствовать? (выпадениеосадка Fe (OH) 3).
Кипячение.
Основное предназначение этого метода — обеззараживание воды.В результате термического воздействия гибнут вирусы и бактерии. Кроме тогопроисходит дегазация воды — удаление всех растворенных в ней газов, в том числеи полезных. Каких? (О2, СО2). Эти газы улучшаюторганолептические свойства воды.
Объясните, почему кипяченая вода безвкусна и малополезна длякишечной флоры?
Метод вымораживание воды.
Используется гораздо реже. Основан на разности температурзамерзания чистой воды и рассолов (раствор минеральных солей). Сначалазамерзает чистая вода, а в оставшемся объеме концентрируются соли. Существуетмнение, что такая вода обладает целебными свойствами за счет особой структурыводных кластеров — групп взаимно ориентированных молекул воды.
Очистка сточных вод
Технология очистки включает несколько этапов.
Таблица 2. Обезвреживание сточных вод. Обезвреживаемый продукт ПДК (мг/л) Способ очистки Степень очистки,% Ароматические органические соединения - ------- Адсорбция на угольных фильтрах Ацетон 0,1 Биохимическое окисление Грубодисперсные примеси 10-15 Отстаивание 70 Железа (III) гидроксид 10 Фильтрование через слой вспомогательных материалов 99 Железа (II) соли 0,5 Хлорирование 99 Нефть 0,1 Фильтрование через песок. Улавливание в нефтеловушках. Биохимическое окисление. 99,9 Сероводород -------- Отдувка воздухом из воды 80 Фенол 0,001
Экстракция.
Озонирование.
Биохимическое окисление.
Сначала сточные воды очищают от нерастворимых примесей. Крупныепредметы удаляют фильтрованием (вспомните, что такое фильтрование) воды черезрешетки и сетки.
Затем вода идет в отстойник, где постепенно оседают мелкиечастицы.
Для удаления растворенных органических веществ (NH3 и катионов аммония) их окисляют с помощьюбактерий. Процесс протекает более интенсивно в условиях аэрации. Что такоеаэробные условия? Аэрация? (насыщение воды кислородом воздуха)
Нитраты превращаются в газообразный азот с использованиемособых микроорганизмов. Соединения фосфора осаждают в виде малорастворимогоортофосфата кальция.
Затем проводят:
повторное отстаивание;
поглощение оставшихся примесей активированным углем;
дезинфекция.
Только после этого воду можно возвращать в природные водоемы.
Сброс сточных вод в окружающую среду не прекращается. Почти1/3 попадает в природные водоемы без какой-либо очистки. Это не только опаснодля жизни организмов, но и приводит к ухудшению качества питьевой воды. Предотвращениезагрязнения воды остается одной из самых важных задач охраны окружающей среды исохранение здоровья людей.
1. Фильтрование.
2. Отстаивание и фильтрование.
3. Флотация.
4. Дистилляция.
5. Ионный обмен.
6. Биохимические (для нефти).
7. Микроорганизмы для вод с повышенным содержанием азота,фосфора и ПАВ.
8. Создание водооборотных циклов.
Заболевания, возникающие при токсическом воздействиихимических элементов и субстанций находящихся в питьевой воде
Таблица 1. Болезнь Возбуждающий фактор Анемия Мышьяк, бор, фтор, медь, цианиды, трихлорэтен.
Заболевания пищеварительного тракта
а) повреждения
б) боли в желудке
в) функциональные расстройства
Мышьяк, бериллий, бор, хлороформ, динитрофенолы.
Ртуть, пестициды
Цинк
Болезни сердца:
а) повреждение сердечной мышцы
б) нарушение функционирования сердца
в) сердечно — сосудистые изменения
г) трахикардия
д) тахикордия
Бор, цинк, фтор, медь, свинец, ртуть
Бензол, хлороформ, цианиды
Трихлорэтилен
Галоформы, трипалометаны, альдрин (инсектицид) и его производные
Динитрофенолы Облысение Бор, ртуть Цирроз печени Хлор, магний, бензол, хлороформ, тяжелые металлы. Злокачественные опухоли почек Мышьяк, галоформы Злокачественные опухоли легких Мышьяк, бензопирен Злокачественные опухоли кожи Мышьяк, бензопирен, продукты дистилляции нефти (масла) Уремия Мышьяк, свинец, ртуть Бронхиальная астма Фтор Лейкемия Хлорированные фенолы, бензол.
Твердые отходы (непрореагировавшее сырье, фильтры икатализаторы).
1. Извлечение полезных компонентов путем экстракции (благородныеметаллы из отработанных катализаторов).
2. Термические методы.
3. Санитарные засыпки.
4. Закапывание в океане.
В XIX и XXстолетиях взаимодействие человека с окружающей средой или антропогеннаядеятельность реализуется в форме крупномасштабного материального производства.