Классификация источников загрязнения окружающей среды

Классификация источников загрязнения  окружающей среды

Выделяют естественное загрязнение, возникшее в результате мощных природных  процессов (извержение вулканов, лесные пожары, выветривание, эрозия и др.) без какого-либо вмешательства человека, и антропогенное загрязнение, являющееся результатом хозяйственной деятельности. Загрязнения подразделяют на три  основных типа: физическое, биологическое  и химическое. Наиболее опасным для  природных экосистем и человека является именно химическое загрязнение, поскольку в результате него в  окружающую среду поступают различные  токсиканты: полихлорированные диоксины, хлорорганические пестициды, полициклические ароматические углеводороды, нитрозамины, радионуклиды, тяжелые металлы и др. По оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), из более чем 6 млн. известных химических соединений на практике используется только около 500 тыс.; из них около 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. являются токсичными. Многие химические вещества обладают канцерогенными и мутагенными свойствами, среди которых особенно опасны 200 наименований: бензол, асбест, бензапирен, пестициды, тяжелые металлы (особенно ртуть, свинец, кадмий), разнообразные красители и пищевые добавки. Опасность токсичных веществ для человека в значительной степени предопределяется способностью последних к кумуляции. Накапливаясь в организме человека, токсиканты могут привести к различным болезненным состояниям спустя длительное время после их воздействия. Кроме того, токсичные вещества могут привести к различным порокам развития, уродства и наследственной болезни.

"Загрязнение есть неблагоприятное  изменение окружающей среды, которое  целиком или частично является  результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет  распределение приходящей энергии,  уровни радиации, физико-химические  свойства окружающей среды и  условия существования живых  существ. Эти изменения могут  влиять на человека прямо или  через сельскохозяйственную продукцию,  через воду или другие биологические  продукты (вещества)" Ф. Рамад. Виды загрязнений окружающей среды достаточно многообразны и ведут к различным ограничениям в природопользовании.

Источники проникновения экотоксикантов в окружающую среду весьма разнообразны. В основном супертоксиканты образуются в результате хозяйственной деятельности человека и имеют, как правило, техногенное происхождение. Развитие промышленности, энергетики, новых форм ведения сельского хозяйства, транспортной инфраструктуры, добыча полезных ископаемых, широкое использование химикатов в быту приводит к поступлению в воздух, воду, почву и растения большого количества различных веществ, большая часть из которых является весьма токсичной. Токсиканты способны кумулироваться в организме человека и животных, вызывая при этом различные заболевания. Особую опасность для окружающей среды представляют пространственно распределенные источники, так как они загрязняют огромные территории. К ним можно отнести: лесные пожары; транспорт; сельскохозяйственные угодья после обработки пестицидами и гербицидами; использование в качестве топлива отходов деревообрабатывающих предприятий, пропитанных фенол- и галогенсодержащими веществами.

Если в целом охарактеризовать пути загрязнения окружающей среды, то можно выделить следующие причины: несовершенные производственные процессы; использование продукции, в которой  экотоксиканты содержатся изначально или образуются при ее использовании или в случае аварий; несовершенство технологий очистки промышленных и сточных вод; несовершенство технологий уничтожения, захоронения или утилизации бытовых и промышленных отходов; использование в сельском хозяйстве пестицидов; радиоактивное загрязнение окружающей среды за счет ядерных испытаний и в результате аварий.

Практически любое предприятие  в результате своей деятельности за счет несовершенства технологий вносит в окружающую среду различные  загрязнители. В атмосферу попадают отработанные газы, аэрозоли, сточная  вода содержит большое количество токсичных  веществ, которые не всегда обезвреживаются  на водоочистных станциях. В результате переработки сырья образуется большое  количество твердых и жидких отходов, требующих утилизации, переработки  или захоронения. Все промышленные предприятия можно объединить в  ряд отраслевых групп. Рассмотрим влияние  некоторых отраслевых предприятий  на окружающую среду. Химическая промышленность объединяет предприятия, применяющие  химические методы переработки веществ  и выпускающие химические продукты, многие из которых являются чрезвычайно опасными. Химическое производство чаще всего не образует значительного количества твердых отходов, поэтому его воздействие на литосферу невелико. Более существенным является воздействие на гидросферу и атмосферу. В результате производства в атмосферу выбрасывается различные газообразные вещества в виде основных продуктов, полупродуктов и отходов. В зависимости от типа производства в качестве газообразных веществ в атмосферу могут поступать окислы азота, аммиак, оксид серы (IV), сероводород, диоксид углерода, галогенпроизводные углеводороды, диоксины и др. Помимо газообразных продуктов в результате деятельности химических предприятий в атмосферу попадают аэрозоли, содержащие тяжелые металлы, различные органические и неорганические вещества. Вклад предприятий химической промышленности в загрязнение гидросферы еще более велик, так как использование воды в химической промышленности очень многообразно. Вода может выступать в качестве растворителя, реакционной среды, промывной жидкости, продукта реакции. При этом она всегда вступает в контакт с исходным сырьем, промежуточными веществами и конечными продуктами. Все эти процессы ведут к неизбежному ее загрязнению.

Предприятия металлургической промышленности в своем производстве используют большое количество рудного материала. Содержание основного компонента в  руде, как правило, невелико, поэтому  в результате переработки сырья  образуется большое количество твердых  отходов, в состав которых могут  входить и токсичные компоненты, требующие утилизации. Кроме того, в любом металлургическом производстве идут высокие энергетические затраты; при производстве энергии в атмосферу  выбрасывается большое количество загрязнителей. Строительная индустрия  вносит значительный вклад в загрязнение  окружающей среды. Это не только выемка грунта и нарушение структуры  литосферы, но использование лесного  массива в качестве строительного  материала, что в свою очередь  оказывает влияние на процесс  очистки атмосферы, и изменение  рельефа планеты на значительных территориях. При производстве строительных материалов в атмосферу попадает асбест, сажа - весьма вредные для  всех живых существ вещества.

Производство электрической и  тепловой энергии основано в основном на сжигании горючего сырья: каменного  угля, природного газа, нефтепродуктов, модифицированного торфа, древесины. Конечными продуктами сгорания органических веществ должны быть углекислый газ и вода. Однако природное сырье содержит в своем составе достаточно большой круг химических веществ, которые при сгорании не разлагаются или распадаются частично и попадают в атмосферу: диоксины, полиароматические углеводороды, тяжелые металлы, оксиды азота и серы, радиоактивные элементы. В настоящее время человечество потребляет в год 10 млрд. тонн условного топлива (1 тонна условного топлива 7 · 103 кВт·час), и это количество постоянно растет, в первую очередь за счет развивающихся стран, стремящихся обеспечить своим жителям такие же условия, как в высокоразвитых странах. В США на человека в среднем расходуется 10 кВт·час электроэнергии в день. Уровень потребления в слаборазвитых странах в десятки раз меньше, а в них проживает 2/3 населения Земли. Если будет продолжена тенденция выравнивания уровней (даже без учета роста удельного потребления в передовых странах), общие потребности в энергии вырастут в несколько раз и к 2020 г. достигнут 34 млрд. тонн условного топлива. Безудержный рост энергетики опасен - он может вызвать тепловой "перегрев" Земли и необратимое изменение климата, а также химическое загрязнение среды и изменение спектральной прозрачности атмосферы. В табл. 2 приведены основные показатели, характеризующие воздействие энергетической, нефте-, газо- и угледобывающей промышленности на окружающую среду и природные ресурсы в России (данные 1997 г.).

Основными загрязнителями при осуществлении  сельскохозяйственной деятельности являются пестициды, гербициды, минеральные  и органические удобрения. При ведении  современного сельского хозяйства  невозможно обойтись без применения пестицидов - веществ, использующихся для защиты культурных растений от вредителей, паразитов, сорняков, болезней и микроорганизмов. И хотя на долю пестицидов приходится лишь около 1 % от общего числа загрязнителей, они  представляют серьезную опасность  для биосферы и человека, так как  являются сильнодействующими биологически активными веществами. Главной причиной загрязнения окружающей среды пестицидами  является их неправильное использование: нарушаются сроки обработки и  их дозировка. Немаловажным источником загрязнения окружающей среды является использование минеральных и  органических удобрений. При нарушении  сроков и норм внесения удобрений  они зачастую вымываются при снеготаянии  и попадают вместе со стоками в  водоемы. При внесении большого количества нитратов для ускорения роста и повышения урожайности происходит заражение сельскохозяйственной продукции.

Одним из основных источников загрязнения  атмосферы является транспорт. Примерно 40 % всего общего антропогенного загрязнения  атмосферы в России приходится на долю автомобильного транспорта. Топливо  для двигателей внутреннего сгорания - бензин или дизельное топливо, полученное в результате переработки нефти, - состоит в основном из углеводородов. При полном сгорании топлива в  качестве продуктов должны образовываться углекислый газ и вода. Так как  для достижения максимальной мощности двигателя всегда используется избыток  топлива, то часть его не окисляется до конца, в результате чего в атмосферу  выбрасывается элементарный углерод (сажа) и оксид углерода (II), оказывающий  вредное воздействие на организм человека даже при низких концентрациях  вследствие активного взаимодействия с гемоглобином крови. В состав бензина  входят алканы, ароматические соединения, ненасыщенные углеводороды с двойными и тройными связями. Продукты неполного сгорания в условиях высоких температур взаимодействуют с азотом и его оксидами, образуя токсичные вещества в составе смога - вредного для людей тумана. В условиях высоких температур атмосферный азот окисляется кислородом воздуха до оксида азота (II), вызывающего общую слабость, головокружение, тошноту.

Сера, входящая в состав нефтепродуктов, при горении окисляется до оксида серы (IV). Данный газ нарушает процессы дыхания и способствует повышению  кислотности атмосферных осадков (кислотные дожди). При горении  бензина в условиях высоких температур и недостатка кислорода образуются ароматические углеводороды, среди  которых наиболее опасны полициклические  производные, обладающие канцерогенными свойствами (особенно 3,4-бензапирен). Кроме  того, в состав бензина для предотвращения преждевременного воспламенения добавляют  антидетонаторы, наиболее эффективным  из которых является тетраэтилсвинец. При сгорании топлива свинец попадает в атмосферу. Данный металл способен накапливаться в организме человека и животных, вызывая мутагенное воздействие.

Промышленные и бытовые отходы могут оказаться чрезвычайно  опасными для человека и природы, особенно те из них, которые содержат суперэкотоксиканты. Предприятия перерабатывающей, химической промышленности, топливно-энергетического комплекса ежедневно дают миллионы тонн отходов: твердых, жидких, газообразных. Газообразные отходы, как правило, выбрасываются в атмосферу, а жидкие и твердые отходы уничтожаются или утилизируются. Проблемы с отходами возникают не только при их складировании и захоронении (часть веществ растворяется и попадает в подземную воду, разносится ветром и т.д.), но и при сжигании. Долгое время считалось, что термические технологии уничтожения отходов позволяют достаточно эффективно обезвреживать токсичные вещества, однако, как показали исследования, при сжигании в атмосферу выбрасывается большая часть токсикантов. Кроме того, при сжигании возможно образование новых, еще более токсичных веществ. Например, при сжигании твердых органических отходов в присутствии даже небольшого количества хлора (или хлоридов) образуются диоксины - токсичные вещества, обладающие канцерогенными свойствами. По данным Агентства по охране окружающей среды США, при сжигании 1 кг бытовых отходов в атмосферу выбрасывается около 40 мкг диоксинов. Еще большая проблема возникает с радиоактивными отходами. Они образуются в результате добычи, переработки и эксплуатации радиоактивных веществ и требуют особых условий утилизации. Например, при добыче 1 т урановой руды образуется до 1,5 т твердых и 0,2-0,4 м3 жидких радиоактивных отходов.

В Российской Федерации все вредные  вещества по степени опасности разделены  на 4 класса. Единой классификации токсичных  веществ не существует. Наиболее часто  их классифицируют согласно их природе  и структуре: полициклические ароматические  углеводороды (ПАУ) и гетероциклические  соединения; ароматические азосоединения; нитрозамины и нитроамины; металлы, металлоиды и неорганические соли. В зависимости от характера действия токсикантов на организм человека их подразделяют: на вещества местного действия, вызывающие опухоли на месте аппликации; агенты селективного действия, вызывающие опухоли определенной локализации; вещества множественного действия, индуцирующие опухоли различной морфологии и структуры в разных органах и тканях.

Диоксинами называют большую группу высокотоксичных веществ - полихлорированных или полибромированных дибензодиоксинов и дибензофуранов. Все диоксины обладают высокой биологической активностью. Накапливаясь в организме человека и животных, они вызывают, в основном, отдаленные эффекты: онкологические заболевания, нарушение развития, репродуктивные и иммунологические расстройства, эндокринные нарушения. Основными источниками образования диоксинов являются предприятия химической, электротехнической, лесной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности и цветной металлургии. Большое количество диоксинов поступает в атмосферу при производстве тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, работающих на угле, дизельном топливе, мазуте, а также при сжигании мусора на мусороперерабатывающих предприятиях. Основным принятым показателем токсичности диоксинов служит их онкотоксичность, выражаемая в долях от наиболее токсичного из всех синтетических веществ - 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксина (ТХДД). Диоксины - химически инертные соединения. Они чрезвычайно стабильны в сильнокислых и щелочных растворах, устойчивы к действию окислителей. Растворяются диоксины хорошо лишь в органических растворителях. Растворимость в воде ~ 10-7 мг/л, однако в присутствии водорастворимых полимерных веществ (например, гумусовых и фульвокислот) растворимость повышается за счет процессов комплексообразования. В природе диоксины испаряются с поверхности достаточно медленно. Они постепенно переходят в органическую фазу почвы или воды, мигрируют в виде комплексов с органическими веществами и включаются в пищевые цепи. Попадая в живые организмы, диоксины накапливаются в них и влияют на некоторые биохимические процессы.

Радиоактивностью называется процесс  самопроизвольного превращения  неустойчивого изотопа одного химического  элемента в изотоп другого элемента, сопровождающийся испусканием элементарных частиц. Радиоактивные элементы распространяются по пищевой цепи (от растений к животным), попадают в организм человека и могут  накапливаться в организме. Наиболее опасными для здоровья являются изотопы 90Sr, 137Cs, 131I. Благодаря химическому  сходству с кальцием, 90Sr легко проникает  в костную ткань, 137Cs накапливается  в мышцах, замещая калий, а 131I - в  щитовидной железе человека. В табл. 5 приведены данные по степени биологического воздействия радионуклидов. Последствия  загрязнения окружающей среды определяются не столько концентрацией радионуклидов, сколько влиянием ионизирующего  излучения (радиации), так как в результате радиоактивного распада выделяется огромная энергия. Механизм биологического действия радиоактивных излучений сложен и до конца не изучен. Ионизация и возбуждение атомов и молекул в живых тканях, происходящие при поглощении ими излучения, лишь начальный этап в сложной цепи последующих биохимических превращений. Установлено, что ионизация приводит к разрыву молекулярных связей, изменению структуры химических соединений и в конечном итоге к разрушению нуклеиновых кислот и белка. Под действием радиации поражаются клетки, прежде всего их ядра, нарушается способность клеток к нормальному делению и обмен веществ в клетке. Все это может привести к гибели живых существ или к мутагенному развитию будущих поколений.