Химическое
загрязнение природных вод.
Всякий водоем
или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают
влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока,
разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное
строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека.
Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых,
несвойственных ей веществ загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения,
поступающие в водную среду, классифицируют по разному, в зависимости от
подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и
биологические загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение
естественных химических свойств вода за счет увеличения содержания в ней
вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи,
глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические
остатки, поверхностно активные вещества, пестициды).
Неорганическое
загрязнение
Основными
неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются
разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это
соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из
них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы
поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более
высокоорганизованным организмам.
Кроме
перечисленных веществ, к опасным заразителям водной среды можно отнести
неорганические кислоты и осно 12 вания, обуславливающие широкий диапазон рН
промышленных стоков ( 11,0 11,0) и способных изменять рН водной среды до
значений 15,0 или выше 18,0 , тогда как рыба в пресной и морской воде может
существовать только в интервале рН 5,0 8,5 . Среди основных источников
загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует
упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых
земель ежегодно вымывается около 16 млн.т. солей. К 2000 году возможно
увеличение их массы до 112 млн.т./год. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь
локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится
далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает
первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы,
содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях
рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее
включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность
приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у людей,
употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который
бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.
Органическое
загрязнение.
Среди вносимых
в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной
среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические
остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 1300 380
млн.т./год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или
растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов.
Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью
прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процесс
самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные
соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к
загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение
света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных
санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней
необходимого количества кислорода. Вредное 13 действие оказывают все
загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в
воде. Поверхностно активные вещества жиры, масла, смазочные материалы образуют
на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и
атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Значительный
объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным
водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками.
Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных
странах. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных
сточных водах предоставлена ниже:
Загрязняющие
вещества количество в мировом стоке млн.т./год
Нефтепродукты 26,563
Фенолы 0,460
Отходы
производств
Cинтетических
волокон 5,500
Растительные
органические остатки 0,170
Всего 33,273
В связи с
быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных
сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва
загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с
замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера). Разлагаясь в
водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов.
Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной
для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что
являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия,
холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если
бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то
содержание растворимого кислорода может понизится ниже уровня, необходимого для
жизни морских и пресноводных организмов.
Проблема
загрязнения Мирового океана
Нефть и
нефтепродукты
Нефть
представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темнокоричневый цвет и
обладающую слабой флуорисценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных
алифатических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти
углеводороды (до 98%) подразделяются на 4 класса:
3а) Парафины
(алкены). до 90% от общего состава) устойчивые вещества, молекулы которых
выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают
максимальной летучестью и растворимостью в воде.
3б)
Циклопарафины. ( 30 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения с
56 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти
встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти
соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.
3в)
Ароматические углеводороды. (20 40% от общего состава) ненасыщенные циклические соединения ряда
бензола, со держащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопара фины.
В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (
бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические
(пирен).
3г) Олефины
(алкены). (до 10% от общего состава) ненасыщенные нециклические соединения с
одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей
прямую или разветвленную цепь.
Нефть и
нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в
Мировом океане. К началу 180ых годов в океан ежегодно поступало около 16 млн.т.
нефти, что составляло 10,23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны с
ее транспортировкой из районов добычи. Аварийные ситуации, слив за борт
танкерами промывочных и балластных вод, все это обуславливает присутствие постоянных
полей загрязнения на трассах морских путей.
В период за
1962-79 годы в результате аварий в морскую среду поступило около 12 млн. т.
нефти. За 16 последние 130 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 12000
скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 1350
промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется
10,1 млн.т. нефти. Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и
ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 12,0
млн.т./год.
Со стоками
промышленности ежегодно попадает 10,5 млн.т. нефти. Попадая в морскую среду,
нефть сначала растека ется в виде пленки, образуя слои различной мощности.
Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду
света. Пропускание света тонкими пленка ми сырой нефти составляет 1-10% (280
нм), 60-70% (400нм). Пленка толщиной 13-40 мкм полностью поглощает инфракрасное
излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую
"нефть в воде" и обратную "вода в нефти"
Прямые эмульсии, составленные капельками
нефти диаметром до 10,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей,
содержащих поверхностноактивные вещества. При удалении лету чих фракций, нефть
образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности,
переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.
Пестициды
Пестициды
составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с
вредителями и болезнями растений. Пестициды делятся на следующие группы:
инсектициды для борьбы с вредными насекомыми, фунгициды и бактерициды для
борьбы с бактериальными болезнями растений, гербициды против сорных растений.
Установлено, что пестициды уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным
организмам и подры вают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже сто
ит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к би ологическим
(экологически чистым) методам борьбы с вредителя ми. В настоящее время более 15
млн.т. 0пестицидов поступает на мировой рынок. Около 11,5 млн.т. 0этих веществ
уже вошло в сос тав наземных и морских экосистем золовым и водным путем. Про
мышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества
побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других
встречаются представители инсектицидов, фунгецидов и гербицидов.
Синтезированные инсек тициды делятся на три основных группы: хлороорганические,
фосфороорганические и карбонаты. 0Хлороорганические инсектици ды получают путем
хлороирования ароматических и гетероцикли ческих жидких углеводородов. К ним
относятся ДДТ 0и его произ водные, в молекулах которых устойчивость
алифатических и аро матических групп в совместном присутствии возрастает,
всевоз можные хлорированные производные хлородиена (элдрин). 0Эти ве щества
имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к
биодеградации. В водной среде часто встре чаются полихлорбифенилы 0производные
ДДТ 0без алифатической части, насчитывающие 210 гомологов и изомеров . За
последние 140 лет использовано более 11,2 млн.т. 0полихлорбифенилов в про
изводстве пластмасс, красителей, трансформаторов, конденсато ров.
Полихлорбифенилы ( ПХБ) 0попадают в окружающую среду в ре зультате сбросов
промышленных сточных вод и сжигания твердых отходах на свалках. Последний
источник поставляет ПБХ в ат мосферу, откуда они с атмосферными осадками
выпадают во все районах Земнего шара. Так в пробах снега, взятых в Антаркти де,
содержание ПБХ составило 0,03 1,2 кг./л.
Синтетические
поверхностноактивные вещества.
Детергенты
(СПАВ) 0относятся к обширной группе веществ, по нижающих поверхностное
натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств ( СМС) 0,
широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ
попадают в материковые воды и морскую среду. СМС содержат полифосфаты 18
натрия, в которых растворкны детергенты, а также ряд добавоч ных ингредиентов,
токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие
реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированная сода,
карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия. В зависимости от природы и структуры
гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионоактивные, катионоактивные,
амфотерные и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Наиболее
распространенными среди СПАВ являются анионо активные вещества. На их долю
приходится более 50% всех про изводимых в мире СПАВ. Присутствие СПАВ в сточных
водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как
флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий,
получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин,
борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве СПАВ применяется в
составе пестицидов.
Соединения с
канцерогенными свойствами.
Канцерогенные
вещества это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую
активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение
процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в организмах. В
зависимости от условий воздействия они могут приводить к ингибированию роста,
ускорению старения, нарушению индивидуального развития и изменению генофонда
организмов. К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся
хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические
ароматические углеводороды (ПАУ). Максимальное количество ПАУ в современных
данных осадках Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого вещества)
обнаружено в тектонически активных зонах, подверженным глубинному термическому
воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде это
пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и
топлива.
Тяжелые
металлы.
Тяжелые металлы
(ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк,) относятся к числу распространенных
и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных
промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия,
содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно
высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для
морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в
океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и
изверженных пород ежегодно выделяется 13,5 тыс.т. ртути. В составе атмосферной
пыли содержится около 112 тыс.т. ртути, причем значительная часть
антропогенного проихождения. Около половины годового промышленного производства
этого металла (910 тыс.т./год) различными путями попадает в океан. В районах,
загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях
сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в
высокотоксичную метилртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к
ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 жертв
болезни Миномата, причиной которой послу жили отходы предприятий по
производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора
использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предриятий
поступали в залив Минамата. Свиней типичный рассеянный элемент, содержащийся во
всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах,
атмосфере, живых организмах. Наконец, свиней активно рассеивается в окружающую
среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с
промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с
выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с
континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С
континентальной пылью океан получает (2030)*103 т. свинца в год.
Сброс
отходов в море с целю захоронения (дампинг).
Многие страны,
имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и
веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового
шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов,
взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. 20 Объем захоронений
составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой
океан. Основанием для дампинга в море служит возможность морской среды к
переработке большого количества органических и неорганических веществ без
особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому дампинг
рассматривается как вынужденная мера, временная дань общества несовершенству
технологии. В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные
органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в сред нем
содержит (на массу сухого вещества) 32-40% органических веществ; 0,56% азота;
0,44% фосфора; 0,155% цинка; 0,085%
свинца; 001% ртути; 0,001% кадмия.
Во время сброса
прохождении материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в
раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит
в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических
веществ часто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и не едко к его
полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной
форме, появлению сероводорода.
Присутствие
большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую
восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих
сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасываемых материалов в
разной степени подвергаются организмы бентоса и др. В случае образования
поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводороды и СПАВ, нарушается
газообмен на границе воздух вода.
Загрязяющие
вещества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах
гидробиантов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс материалов
дампинга на дно и дли тельная повышенная мутность приданной воды приводит к
гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб, моллюсков и
ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и
дыхания.
Нередко
изменяется видовой состав данного сообщества. При организации системы контроля
за сбросами отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга,
определение динамики загрязнения морской воды и донных отложений. Для выявления
возможных объемов сброса в море необходимо проводить расчеты всех загрязняющих
веществ в составе материального сброса.
Тепловое
загрязнение.
Тепловое
загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в
результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми
промышленными производствами. Сброс нагретых вод во многих случаях
обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 68 градусов Цельсия.
Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 30 кв.км. Более
устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену поверхностным и
донным слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его
возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных
бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие
фитопланктона и всей флоры водорослей. На основании обобщения материала можно
сделать вывод, что эффекты антропогенного воздействия на водную среду
проявляются на индивидуальном и популяционно биоценотическом уровнях, и
длительное действие загрязняющих веществ приводит к упрощению экосистемы.
Список
литературы
Для подготовки
данной работы были использованы материалы с сайта http://chemistry.narod.ru/