134. Основные загрязнители, образующиеся в процессе производства: оксиды азота. Характеристика. Источники образования. Токсичность.

Оксиды азота (N_xO_y)

Естественные и антропогенные источники

Природные загрязнения атмосферы оксидами азота связаны с лесными пожарами и электрическими разрядами, при которых образуется NО, а в последствии – NO₂. В очень небольших количествах NO₂ может выделяться в процессе ферментации силоса. Основная часть оксидов азота перерабатывается в почве микроорганизмами, причем образуется N₂О. Эти микробиологические преобразования особенно успешно протекают в почвах с рН более 4,5 и плохой воздухопроницаемостью, но относительно богатых азотсодержащими удобрениями. Главным местом протекания этих процессов служат рисовые поля неделями залитые водой. Но главное количество N₂O выделяют азотсодержащие соедине­ния почв.

Оксиды азота антропогенного происхождения главным образом состоят из NO, образующегося при сгорании топлива, особенно если температура превышает 1000 °С. Оксиды азота также образуются в некоторых отраслях химической промышленности, при процессах нитрования, производстве суперфосфата, травлении металлов азотной кислотой, изготовлении взрывчатых веществ, азотной кислоты и плавке. Но главным источником выбросов оксидов азота все же остает­ся автомобильный транспорт.

Доля выбросов в общем балансе:

• Транспорт 64%;

• Электростанции 18%;

• Промышленность 12%;

• Домашнее хозяйство и мелкие производства 6%.

Уровни фотохимического загрязнения воздуха тесно связаны с режимом движения автотранспорта. В период высокой интенсивности движения утром и вечером отмечается пик выбросов в атмосферу оксидов азота и углеводородов. Именно эти соединения, вступая в реакции друг с другом, обусловливают фотохимическое загрязнение воздуха.

Постоянный выброс оксидов азота за последние годы связан главным образом с развитием автотранспорта. Кроме того, тен­денция к более полному использованию топлива также приводит к увеличению выбросов NOх так как повышение эффективности работы мотора связано с ростом температуры. Растет число выбросов и при увеличении скорости движения транспорта, при­чем нелинейно: количество NO, нарастает быстрее. Таким обра­зом, концентрация NO, на автотрассах растет также с увеличе­нием скорости автомашин. Антропогенное загрязнение атмосфе­ры оксидами азота принимает критический характер в густонаселенных городах, где чаше выпадают осадки. Наивыс­шие концентрации выбросов в городах достигают значений – 1200 мкг/м³.

Действие оксидов азота на организм человека.

Наиболее вредными из оксидов азота в атмосфере считаются:

1) Образующийся главным образом естественным путем N₂O – оксид азота I (веселящий газ), обладает наркотическими свойствами, используется при хирургических операциях. Его роль в загрязнении воздуха заключается в том, что N₂О при химических изменениях в стратосфере способствует раз­рушению озона.

2) Монооксид азота (NO – оксид азота II) не раздражает дыхательные пути, и поэто­му человек может его не почувствовать. При вдыхании NO, действует на нервную систему человека, вызывает паралич и судороги, связывает гемоглобин крови и вызывает кислородное голодание. Это возможно только в закрытых помещениях, но не на открытом воздухе.

3) NO₂, N₂O₄ – оксиды азота (IV) (N₂О₄ ↔ 2NО₂) встречаются в атмосфере вместе и переходят друг в друга. NO₂ желто-коричневый газ особенно сильно раздражает слизистые оболочки, вызывает поражение дыхательных путей и отек легких. При взаимодействии с водой в организме образуются азотистая и азотная кислоты 2NO₂ + Н₂О → HNО₂ + HNО₃, которые разъедают стенки альвеол легких подобно многим другим кислотам. При этом стенки альвеол и кровеносных капилляров становятся настолько проницаемы, что пропускают сыворотку крови в полость легких, этой жидкости растворяется вдыхаемый воздух, образуя пену, препятствующую дальнейшему газообмену. Если своевременно перекрыть доступ жидкости в альвеолы, то отек легких может привести к смерти. Поскольку критические концентрации не могут быть достигнуты на открытом воздухе, а устанавливаются только в закрытых помещениях, то избежать этого можно, соблюдая надлежащие меры предосторожности, В промышленных районах и городах наблюдается концентрация NO₂ 0,4–0,8 мг/м³, при образовании смога – 1 мг/м³.

Люди с хроническими заболеваниями дыхательных путей (эмфизема легких, астма), а также страдающие сердечно-сосудистыми заболеваниями, более чувствительны к прямым воздействиям оксидов азота. Конкретные данные о длительном физиологическом действии NOх пока отсутствуют. Оксиды азота должны рассматриваться как вещества, представляющие серьезную опасность для здоровья человека.

Биохимическое действие на растения.

Оксиды азота могут воздействовать на растения тремя путя­ми: с помощью кислотных осадков, прямым контактом с расте­ниями и косвенно путем фотохимического образования окислите­лей, таких, как О₃ и ПАН (пероксиацетилнитратов). В форме кислотных осадков оксиды азота наносят ущерб растениям, увеличивая кислотность, как и в случае действия SO₂. Прямой контакт растений с NОх, можно сразу определить зрительно по пожелтению или побурению листьев и игл.

Нарушения роста растений при воздействии NOх наблюдаются при концентрациях 0,35 мг/м³ и выше. При концентрации NOх в два раза ниже приведенной предельной оксиды азота используются растениями в качестве удобрений. Эта способность к метаболированию NОх не присуща человеку.

Необходимо отметить, что разрушительное действие NO₂ усиливается присутствием диоксида серы, при их одновременном действии в растениях происходят сложные процессы.

ПАН (пероксиацетилнитратов) становится физиологически активным только при осве­щении. Под действием света он распадается фотолитически на NO₂ и пероксиацетил-радикал (CH₃CO₂O*), который, окисляя, разрушает пигменты фотосинтеза и другие вещества в клетке. Концентрации ПАН 0,1–0,5 мг/м³ могут вызывать раздражение слизистой оболочки глаз и гибель растений, что характерно для южных солнечных городов.

135. Основные источники загрязнения гидросферы. Виды загрязнений (химическое, физическое, биологическое). Основные загрязняющие воды вещества и их источники. Влияние загрязнителей на качество водной среды.

Источник, вносящий в поверхностные или подземные воды различные вредные вещества, микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнения, вещество, нарушающее нормы качества воды, – загрязняющим.

Основными источниками загрязнения гидросферы являют­ся предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной и легкой промышлен­ности, тепловые электростанции, коммунально-бытовое хозяй­ство, ливневые стоки с сельскохозяйственных полей, городских и производственных территорий, аварии судов и танкеров.

Сточные воды сельскохозяйственного и промышленно-городского происхождения, не поддающиеся обработке, представляют собой возрастающую опасность для качества не только воды озер и рек, но и грунтовых вод.

Загрязнение водоемов может быть химическим, физиче­ским и биологическим.

Химическое загрязнение заключается в увеличении в воде неорганических и органических примесей (растворы мине­ральных солей, кислот, щелочей, минеральные масла, нефть, пестициды и различные ядохимикаты).

Химическое загрязнение может быть органическим (фе­нолы, нефть и нефтепродукты, пестициды) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи, металлы и их соединения). Большин­ство, из них являются токсичными (мышьяк, соединения рту­ти, свинца, кадмия и др.).

Физическое загрязнение обусловливается тепловыми (теп­лоэлектростанции, теплоцентрали), механическими (продук­ты разрушения почв, мусор, взвеси) и радиоактивными при­месями, что приводит к изменению физических свойств воды (прозрачность, цветность, запах, вкус и т.п.).

Биологическое загрязнение заключается в изменении микроорганизмов (вид и количество бактерий, появление болезнетворных бактерий), растений и животных (грибов, червей и т.п.).

Различают первичное и вторичное загрязнение вод. Первичное свя­зано с поступлением в водоемы различных загрязняющих веществ. Вторичное – обычно является следствием цепных реакций, проте­кающих под воздействием первичных загрязнителей.

Среди загрязнителей воды наибольшую опасность представляют фенолы, нефть и нефтепродукты, соли тяжелых металлов, радионуклиды, пестициды и другие органические яды, биогенная органика, насыщенная бактериями, минеральные удобрения и т. д.

Важнейшими первичными загрязняющими веществами, источники их поступ­ления и являются в основном продукты эрозии почв, минеральные удоб­рения, ядохимикаты и другие вещества, которые могут поступать в водоемы с водосборных бассейнов. Значительное количество загрязняю­щих веществ приносят атмосферные осадки. Велика доля загрязнения вод канализационными стоками, мусором, отходами предприятий, вод­ным транспортом. К сожалению, люди до настоящего времени не смог­ли отказаться от принципа - «водные системы - конечное звено кана­лизации». Даже существующими нормами допускается такая степень очистки вод, при которой они становятся соответствующими нормам ПДК после 10-кратного разбавления природными водами.

Сброс канализационных стоков, особенно неочищенных или недостаточно очищенных, оказывает отрицательное влияние на круговорот органического вещества в водоеме, грозит опасностью инфекционных заболеваний, в первую очередь человека

Велико воздействие на окружающую среду гидроэлектрос­танций, которое проявляется как в период строительства, так и эксплуатации. Сооружение плотины приводит к значительному затоплению прилегающих территорий, изменению гидрологи­ческого и биологического режимов рек. На мелководье водохра­нилищ широко распространено "цветение" воды — результат нашествия сине-зеленых водорослей. Отмирая, водоросли в про­цессе разложения выделяют фенол и другие ядовитые вещества. Рыбы покидают такие водоемы, вода в них делается непригод­ной для питья и даже для купания.

Опасными загрязнителями водоемов являются сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Они содержат органи­ческие вещества, которые в процессе окисления поглощают кис­лород, вызывают массовую гибель рыбы, придают воде неприят­ный вкус и запах.

Отходы химических и нефтехимических производств, горно­добывающей промышленности засоряют воду солями и раство­рами. Особенно опасны соединения ртути, цинка, свинца, мышьяка, молибдена и других тяжелых металлов, вызываю­щих чрезвычайно опасные заболевания людей и способных на­капливаться в организмах обитателей рек, озер, морей и океа­нов.

Машиностроительный комплекс также является потенци­альным загрязнителем поверхностных водоисточников (сточ­ные воды, утечка жидких продуктов или полупродуктов и т.п.). Гальваническое производство – один из наиболее крупных ис­точников образования сточных вод в машиностроении. Основ­ными загрязнителями сточных вод в гальванических произ­водствах являются ионы тяжелых металлов, неорганические кислоты и щелочи, цианиды, поверхностно-активные вещества.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и синтетические моющие средства (CMC) очень токсичны и устой­чивы к процессам биологического разложения. СПАВ и CMC — попадают в водоемы также с отходами текстильной, меховой, кожевенной промышленности, с бытовыми и коммунальными сточными водами.

Сельскохозяйственное производство во многих регионах мира влечет загрязнение поверхностных водоемов. Ядовитые вещества попадают в водоемы в виде пестицидов, используемых для борь­бы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур. Предполагают, что от действия пестицидов сократилось пого­ловье тюленей в Балтике, запасы промысловой рыбы в Атланти­ке. Значительную опасность для водоемов представляют смывае­мые с сельскохозяйственных полей нитраты, фосфаты и калий­ные удобрения. Сточные воды крупных животноводческих ком­плексов отличаются высокой концентрацией растворенных и не-растворенных загрязняющих веществ. Например, из свиновод­ческого комплекса на 116 тыс. свиней в год сбрасывается ежесу­точно 5 тыс. м³ высококонцентрированных сточных вод. Попадая в реки, а затем в озера или водохранилища, эти биогенные соеди­нения накапливаются там до токсичных уровней.

Пестициды и другие вредные вещества, в первую очередь агрохимикаты, под влиянием течений распространяются довольно быстро. Они обнаруживаются в различных районах Балтийского, Северного, Ирландского морей, в Бискайском заливе, у западных побережий Англии, Исландии, Португалии, Испании. Это отрицательно сказывается на живых организмах, особенно на рыбных запасах.

Биогены (особенно азот и фосфор), поступающие в водоемы со сточными водами и смываемыми с полей удобрениями, стимулируют рост фитопланктона, водорослей. Данный процесс называют эвтрофикацией.

Водоросли окрашивают воду в различные цвета и поэтому данный процесс называют и «цветением» водоемов. Под влиянием водорослей изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах. В водоеме при отмирании водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в водоеме. Вода начинает гнить, испускать аммиачное и метановое зловоние, на дне скапливаются черные липкие сероводородные отложения. В процессе разложения отмирающие водоросли выделяют также фенол, индол и другие ядовитые вещества. От недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнут рыба, моллюски, ракообразные. Вода в таких водоемах становится непригодна для питья и даже для купания.

К одному из видов загрязнения природных вод относится и тепловое загрязнение. Промышленные предприятия, тепловые и атомные электростанции нередко сбрасывают в водоемы (водохранилища) подогретую воду, приводящую к повышению в них температуры. В водоемах с повышением температуры уменьшается содержание кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие, происходит смена видового состава организмов, например, водорослей зеленых на сине-зеленые. С повышением температуры в загрязненной воде наблюдается бурное размножение болезнетворных вирусов и микроорганизмов.

Особая проблема – распространение пластикового мусора на по­верхности морей и в полосе прилива и прибоя. Даже в открытом океане его встречается много. Это брошенные и потерянные сети, поплавки, упаковка товаров, бутылки и пр. Такой мусор практически не разлагается и остается на поверхности воды или на пляжах очень долгое время. Некоторые морские животные и птицы заглатывают пластиковый мусор, что приводит к неблагоприятным последствиям и даже их гибели.

Так в Тихом океане обнаружены мусорные острова. Эта свалка занимает территорию, по площади в 2 раза превосходящую штат Техас. В Тихом океане свалку пластикового мусора образовали циклические субтропические течения.

Люди избегают пролагать маршрут через эти области океана: кому приятно целыми днями плыть среди мусорной свалки? Но рептилиям, птицам и морским млекопитающим выбирать не приходится. Они гибнут десятками тысяч, наглотавшись пластиковых отходов. Так, маршрут миграции морских черепах проходит как раз через мусорный «остров», и черепахи «благополучно» заглатывают целлофановые пакеты, приняв их за медуз. Прозрачный пакет, плавающий в толще воды, черепахе не так-то просто отличить от слизистого тела медузы. Пакеты забивают пищеварительный тракт - и черепахи гибнут.

Но мусорные «острова» опасны и для людей. Скопления отходов, состоящие из небольших кусочков пластика, подобно губкам, осаждают устойчивые к разложению ядохимикаты и пестициды, такие как ДДТ, попадающие в океаны из рек вместе со стоками с полей, и различные нерастворимые в воде токсичные нефтепродукты. Концентрация таких веществ в мусорном «острове» в один млн. раз превышает их концентрацию в окружающих водах, так что, накапливаясь в этих пластиковых «фильтрах», токсины попадают в пищевую цепь: от зоопланктона к рыбам, а с рыбой - к нам на стол.