Фотохимический  туман (смог)

    Фотохимический  туман представляет собой многокомпонентную  смесь газов и аэрозольных  частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога  входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой  концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.  

    Проблема  контролирования выброса в атмосферу  загрязняющих веществ промышленными  предприятиями (ПДК)

    Приоритет в области разработки предельно  допустимых концентраций в воздухе  принадлежит СССР. ПДК - такие концентрации, которые на человека и его потомство  прямого или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий  жизни людей. Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО - Главной Геофизической  Обсерватории. Чтобы по результатам  наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно  допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены  ПДК, а также во сколько раз  наибольшее значение было выше ПДК. Среднее  значение концентрации за месяц или  за год сравнивается с ПДК длительного  действия - среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнение воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя - индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующее значения ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют. Максимальные разовые концентрации основных загрязняющих веществ были наибольшими в Норильске (оксилы азота и серы), Фрунзе (пыль), Омске (угарный газ). Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения более 500 тыс. жителей. Загрязнение воздуха специфическими веществами зависит от вида промышленности, развитой в городе. Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов многих специфических веществ до сих пор остается нерешенной.  

    3. 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, поверхностноактивные 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.

К опасным  заразителям водной среды можно  отнести неорганические кислоты  и основания, обуславливающие широкий  диапозон рН промышленных стоков (1,0 - 11,0) и способных изменять рН водной среды  до значений 5,0 или выше 8,0, 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 6 млн.т. солей. К 2000 году возможно увеличение их массы до 12 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 300 - 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 процессе 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 действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностноактивные 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 

    1. Нефтепродукты 26,563

    2. Фенолы 0,460

    3. Отходы производств синтетических  волокон 5,500

    4. Растительные органические остатки  0,170

    5. 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.  
 
 
 

    4. Проблема загрязнения  Мирового океана (на  примере ряда органических  соединений)  

Нефть и нефтепродукты 

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и  обладающую слабой флуорисценцией. Нефть  состоит преимущественно из насыщенных алифтических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

    а) 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.

    б) Циклопарафины. - ( 30 - 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения с 5-6 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.

    в) Ароматические углеводороды. - (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические  соединения ряда бензола, содержащие в  кольце на 6 атомов углерода меньше, чем  циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой  в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафталин), полуциклические (пирен).

    г) 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 80-ых годов в океан ежегодно поступало около 6 млн.т. нефти, что  составляло 0,23% 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 2 млн. т. нефти. За последние 30 лет, начиная  с 1964 года, пробурено около 2000 скважин  в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн.т. нефти. Большие массы нефти поступают  в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми  стоками. Объем загрязнений из этого  источника составляет 2,0 млн.т./год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0,5 млн.т. нефти. Попадая в  морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину:  

ВНЕШНИЙ ВИД  ТОЛЩИНА,МКМ КОЛИЧЕСТВО НЕФТИ, Л./КВ.КМ.  

    1. Едва заметна 0,038 44

    2. Серебристый отблеск 0,076 88

    3. Следы окраски 0,152 176

    4. Ярко окрашенные разводы 0,305 352

    5. Тускло окрашенные 1,016 1170

    6. Темно окрашенные 2,032 2310  

    Нефтяная  пленка изменяет состав спектра и  интенсивность проникновения в  воду света. Пропускание света тонкими  пленками сырой нефти составляет 1-10% (280 нм), 60-70% (400нм). Пленка толщиной 30-40 мкм полностью 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 0,5 мкм, менее устойчивы  и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. При  удалении летучих 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 подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителями. В настоящее время более 5 млн.т. пестицидов поступает на мировой рынок. Около 1,5 млн.т. этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем золовым и водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгецидов и гербицидов. Синтезированные инсектициды делятся на три основных группы: хлороорганические, фосфороорганические и карбонаты. Хлороорганические инсектициды получают путем хлороирования ароматических и гетероциклических жидких углеводородов. К ним относятся ДДТ и его производные, в молекулах которых устойчивость алифатических и ароматических групп в совместном присутствии возрастает, всевозможные хлорированные производные хлородиена (элдрин). Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации. В водной среде часто встречаются полихлорбифенилы - производные ДДТ без алифатической части, насчитывающие 210 гомологов и изомеров. За последние 40 лет использовано более 1,2 млн.т. полихлорбифенилов в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов, конденсаторов. Полихлорбифенилы (ПХБ) попадают в окружающую среду в результате сбросов промышленных сточных вод и сжигания твердых отходах на свалках. Последний источник поставляет ПБХ в атмосферу, откуда они с атмосферными осадками выпадают во все районах Земного шара. Так в пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПБХ составило 0,03 - 1,2 кг./л.