Загрязнение иными химическими веществами

Помимо перечисленных газов, имеющих антропогенное происхождение, от промышленных и транспортных предприятий, предприятий бытового и коммунального обслуживания, предприятий современного высокомеханизированного сельского хозяйства в атмосферу поступают и другие загрязняющие вещества.

Оксид углерода. Оксид углерода (СО), или «угарный газ», — широко распространенный загрязнитель воздуха, содержащийся в дымовых газах любых установок сжигания органического топлива, в том числе в выхлопных газах транспорта с двигателями внутреннего сгорания. Особенность воздействия СО на многие виды животных и, в частности, на человека заключается в способности центрального атома железа Fe в молекуле гемоглобина крови образовывать с молекулой оксида углерода значительно более прочную связь, чем с молекулой кислорода. Попадая в организм, угарный газ действует как яд: он изолирует железо в гемоглобине, препятствуя переносу кислорода.

Углеводороды. Углеводороды с общей формулой Cniim также относятся к числу основных примесей антропогенного происхождения, загрязняющих атмосферу. Они попадают в воздух с дымовыми газами теплоэнергетических установок, из хранилищ жидкого и газообразного топлива, с выхлопными газами транспорта. Если не учитывать метан, то 80% всех содержащихся в воздухе углеводородов приходится на этан, этилен, ацетилен, н-бутан, изопентан, пропан, толуол, н-пентан, ксилол, изобутан. Под действием солнечного света углеводороды участвуют в образовании фотохимического смога. Кроме того, при определенных условиях они вступают в реакции с образованием канцерогенных веществ.

Сероводород. Сероводород (H2S) является распространенным серосодержащим загрязнителем атмосферы, попадающим в нее из скважин добычи и от нефте- и газоперерабатывающих заводов, химических предприятий, целлюлозно-бумажных комбинатов и т. п. Сероводород — один из продуктов жизнедеятельности организмов (например, анаэробных бактерий).

Фотохимический (сухой1) смог. Такой смог формируется в атмосфере под действием солнечного света при отсутствии ветра и низкой влажности из компонентов, характерных для выхлопных газов автомобилей. Впервые смог зафиксирован в 1944 г. в Лос-Анджелесе, когда в результате большого скопления автомобилей была парализована жизнь одного из крупнейших городов США. В результате фотохимических реакций образуются соединения, вызывающие увядание и гибель растений, сильно раздражающие слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. Смог Лос-Анджелесского типа усиливает коррозию металлов, разрушение строительных конструкций, резины и других материалов. Окислительный характер такому смогу придают озон и другие образующиеся в нем вещества. Исследования, проведенные в 50-х годах в Лос-Анджелесе, показали, что увеличение концентрации озона связано с характерным изменением относительного содержания N02 и NO.

Озон. Озон (03) — важный компонент атмосферы, образующий в стратосфере защитный экран от ультрафиолетового излучения Солнца. С развитием промышленности и транспорта началось увеличение содержания озона в нижних слоях ат-

Влажный (Лондонский) смог описан выше (см. разд. 9.1.1.3).

мосферы. Источником озона является оборудование, искрящее и генерирующее жесткое излучение: электросварочные аппараты, контактные устройства электропоездов и т. п. Озон не только сильно токсичен, но и обладает свойством мутагенности.

Часть озона в тропосфере образуется в результате сложной последовательности реакций в условиях фотохимического смога. Процесс проходит при ярком солнечном свете преимущественно в крупных городах, атмосфера которых сильно загрязнена выхлопными газами автомобилей. В этом случае атомы кислорода образуются из диоксида азота:

N02 + hv (Xlt; 400 нм) -» NO + О,

О + 02 -gt; 03

В присутствии оксида азота как катализатора и при воздействии солнечного света с длиной волны X = 300—400 нм озон образуется также в результате окисления метана (и других органических веществ).

СН4 + 402 -gt; СН20 + Н20 + 203

Присутствие озона в воздухе создает серьезные негативные проблемы, ибо он (активнейший окислитель, используемый человеком для дезинфекции) разрушает некоторые молекулы, играющие большую роль в биологических процессах, ослабляет иммунную систему человека и поражает легочную ткань. В совокупности с кислотными осадками и углеводородами озон считается виновником замедления роста и гибели лесов в Европе.

Расчеты показывают, что антропогенный выброс монооксида азота NO, являющегося непременным компонентом суммы оксидов азота N0A., удваивает приземную концентрацию 03, а рост выбросов СН4 (многократно опережающий по темпам роста другие виды загрязнений тропосферы) еще больше увеличивает концентрацию озона по сравнению с поступлением его из стратосферы в процессе глобальной циркуляции атмосферы.

Аэрозоли. Аэрозоли (пыли, дымы, туманы) также являются загрязнителями атмосферы. Аэрозольные частицы попадают в атмосферу либо в готовом виде в результате деятельности вулканов, пожаров, морской соли, пыли или при сжигании топлива и с отходящими газами промышленных производств, либо образуются непосредственно в атмосфере в результате химических реакций между компонентами газовых выбросов, причем доля антропогенной запыленности составляет 10—20% от общего поступления твердых частиц в атмосферу. Основная доля мирового выброса взвешенных частиц — около 94% — приходится на Северное полушарие; максимальное их количество поступает с территории промышленно развитых стран.

Наличие аэрозолей нарушает тепловой баланс атмосферы. Появление при смоге голубоватой дымки, сопровождающееся ухудшением видимости, есть следствие образования твердых аэрозольных частиц. Запыленность атмосферы играет особую роль в общепланетарных тепловых процессах: ее рост ведет к увеличению альбедо Земли и, как следствие, к уменьшению поглощения солнечной радиации.

Образование аэрозолей с твердыми частицами в воздухе городов часто вызывается диоксидом серы S02, превращающимся в серную кислоту H2S04, которая в свою очередь вступает в реакцию с аммиаком NH3, образуя частицы сульфата аммония (NH4)2S04.

Большая часть аэрозолей, выбрасываемых в атмосферу, остается в тропосфере, причем до 80% на высотах до 1 км. Время их пребывания в воздухе зависит от размеров частиц и на высотах до 1 км не превышает 3 сут., а в верхних слоях — 30 сут.

Количество твердых частиц в воздухе сильно варьируется в зависимости от местности. В нижней тропосфере в сельских районах концентрация частиц составляет около 10 000 см"3, а над городами превышает 100 000 см"3. Фоновая концентрация в воздухе районов, мало подверженных воздействию антропогенной деятельности, составляет всего 200—500 см"3 аэрозольных частиц.

Тяжелые металлы. В атмосферу в виде твердых аэрозолей попадают металлы, в том числе токсичные — ртуть, свинец, кадмий, а также их соединения. Аэрозоли образуются при сжигании угля, нефти, торфа и других горючих ископаемых, а также из дыма плавильных печей при производстве сталей и сплавов цветных металлов. В результате антропогенной деятельности в атмосферу поступает во много раз больше золота, кадмия, свинца, олова, селена, теллура и других металлов, чем из природных источников.

Для ртути выброс в результате антропогенной деятельности составляет около 1/3 всех поступлений этого металла в атмосферу. Оттуда она выпадает на сушу и с поверхностным стоком поступает в водоемы. Под действием бактерий происходит алкилирование ртути, и она становится еще более токсичной, чем в ионной форме. Подобные превращения характерны не только ртути, но и другим металлам и неметаллам: мышьяку, олову, свинцу, таллию, селену, кадмию и даже золоту. В алкилированной форме металлы губительны даже в количестве нескольких нанограмм.

В наибольшей степени атмосфера загрязняется свинцом, антропогенное поступление которого в воздух больше природного. Из общего количества выбросов свинца около 70—75% принадлежит продуктам сгорания бензина с добавками соединений свинца (в основном тетраэтилсвинца РЬ(С2Н5)4 в качестве антидетонационных присадок). С выхлопными газами в атмосферу, а затем в почву поступает более 250 тыс.

Городская пыль содержит около 1% свинца, в дожде и снеге его до 300 мг/дм3. Ежегодно житель города поглощает около 45 мкг свинца. Содержание свинца в крови современного человека в 100 раз превышает его содержание в крови первобытного человека. Токсичное действие свинца связано с его способностью замещать кальций в костях и нервных волокнах.

Серьезную опасность представляет загрязнение воздуха кадмием, антропогенный выброс которого в атмосферу (7000 т/г.) намного больше поступления из природных источников (850 т/г.). В дождевой воде его может содержаться до 50 мкг/дм3. Ежедневно в организм взрослого человека поступает до 50 мкг кадмия, хотя задерживается не более 2 мкг/сут., а остальное выводится. Хроническое воздействие даже незначительных концентраций кадмия ведет к заболеваниям нервной системы и костных тканей, нарушению ферментного обмена, дезорганизации работы почек.

Прочие вещества. Общий объем выбросов в атмосферу (см. табл. 9.1) увеличивался до конца XX в. и продолжает расти в настоящее время. Одновременно усиливается и внимание к решению возрастающих экологических проблем. К концу прошлого века в нашей стране установлены гигиенические нормативы (допустимые уровни воздействия на организм человека) уже более 2100 индивидуальных веществ, тогда как

для первых десяти веществ они были введены еще в 1951 г. (см. разд. 10.4.2). В соответствии с п. 7 ст. 15 Федерального закона «Об охране атмосферного воздуха» от 04.05.99 г. № 96-ФЗ:

I

выброс в атмосферный воздух загрязняющих веществ, степень опасности которых для человека и ОС не установлены, запрещен. Воздействие на гидрсЛ|эеру

Вода, как и воздух, является количественно неисчерпаемым природным ресурсом, но человеку и всему живому в биосфере нужна не просто вода как вещество с формулой Н20, а вода определенного качества, т.

Гидросфера — это естественный фильтр-аккумулятор загрязняющих веществ, поступающих в окружающую природную среду, что связано с циклом глобального круговорота воды и с ее универсальной способностью к растворению газов и минеральных веществ.

Статистика показывает, что 80% всех заболеваний в мире вызвано неудовлетворительным качеством питьевой воды:

Ежегодно в мире умирают около 22 млн чел.

По мере развития цивилизации человеку требовалось все больше и больше воды. Человек каменного века потреблял менее 10 л/сут, в Римском государстве — до 70 л/сут, современный житель США — около 700 л/сут, тогда как: во многих современных развивающихся странах эта цифра не превышает 30 л/сут (рис. 9.10). Считается, что уровень потребления воды характеризует уровень технического и культурного развития общества. На питье и приготовление пищи человек затрачивает не более 10% потребляемой воды, а в среднем бытовое потребление в развитых странах составляет 220—320 л/сут.

Среди отраслей экономики нашей страны первое место по потреблению воды занимает сельское хозяйств». Для получе-

Рис. 9.10. Рост удельного потребления воды в быту (по К. С. Лосеву)

ния 1 т пшеницы необходимо 1500 т воды, 1 т риса — более 7000 т, 1 т хлопка — около 10 000 т.

Второе место отводится промышленности. Ни одно промышленное предприятие не может функционировать, не используя воду из природных источников. Потребность предприятий в воде изменяется в широких пределах и зависит от вида получаемой продукции, принятой технологии, системы водоснабжения (прямоточной или водооборотной), климатических условий и т. п. Так, для получения 1 т угля затрачивается 2 т воды, стали — 15—20 т, целлюлозы — 400—500 т, синтетического волокна — 500 м3.

Третье месте по водоемкости занимает коммунальное хозяйство городов. Значительный объем чистой воды затрачивается на разбавление, обеззараживание стоков и отбросов промышленности, сельского хозяйства, строительства, населенных пунктов и транспортных путей, т. е. на борьбу с загрязнением гидросферы.

Все перечисленное ведет к дефицитности воды и, как следствие, к планированию ее расхода не по крупности потребителей, а по необходимости удовлетворения первоочередных потребителей.

Разнообразие сточных вод принято подразделять на следующие виды:

технологические, возникающие в технологических процессах предварительной мойки, промежуточной или финишной промывки, а также при использовании воды в качестве технологического растворителя либо носителя; хозяйственно-бытовые (или коммунальные), образующиеся в жилищно-бытовом секторе, а также в сфере общественного питания и санитарно-гигиенического обслуживания на предприятиях; поверхностные, формирующиеся за счет дождевых и талых снеговых вод, а также воды при мокрой уборке территорий с искусственными покрытиями (асфальтированными, бетонными и т. п.).