10. Особенности распространения, трансформации, накопления загрязняющих веществ в опс

Загрязнение атмосферы

Термин загрязнение – применяется практически к любому веществу, которое присутствует в воздухе в виде примеси к его компонентам, определяющим состав в естественных условиях, или находится в избытке.

Загрязнение атмосферы предполагает под собой проблемы, связанные с изменением концентраций в малых составляющих компонентов атмосферы. К ним относятся оксиды азота, монооксид углерода, и с поступлением в атмосферу примесных, не содержащихся в естественных условиях, в ее составе компонентов (диоксид серы, хлор-, фторуглероды и др.). Присутствующие в виде примесей вещества в составе атмосферного воздуха определяют условия, при которых не взаимодействующие между собой в естественных условиях вещества, вступают в различные хим.превращения, взаимодействуя, как с примесными веществами, так и между собой.

Все загрязнители классифицируют на две группы:

– первичные – те примесные компоненты, которые поступают в атмосферный воздух непосредственно от загрязнителя;

– вторичные – те компоненты, которые образуются в процессах взаимодействия в атмосфере примесных компонентов между собой или компонентами атмосферного воздуха.

При поступлении в атм.воздух примесных компонентов в приземном слое атм.воздуха могут происходить процессы образования смога (смеси дыма и тумана) двух типов: фотохимический – процессы, протекающие при поглощении квантов света; каталитический – также и ночью.

Необходимой составной частью фотохимического смога являются фотохимические реакции. К особенностях фотохим.смога относятся:

– исходные вещества, формирующие фотохим.смог, входят в состав выхлопных газов автомобильного транспорта и присутствуют в воздухе в больших концентрациях.

– образуется в ясную, солнечную погоду при низк.влажности воздуха;

– химически он действует как окислитель;

– наблюдается в виде беловатого тумана;

– вызывает у людей раздражение глаз, для растений губителен.

Оксиды азота – основные компоненты газовой смеси, формирующей смог. Оксиды азота подвергаются фотодиссоциации, под воздействием излучения с длиной волны λ > 290 нм:

NO₂ + hν → NO + O;

NO₂ + O → NO + O₂;

O₂ + O → O₃;

Образующийся молекулярный NO может восстанавливаться до NO₂:

2NO + O → 2NO₂;

NO + O₃ → NO₂ + O₂;

В приземном слое атм.воздуха кроме того, NO₂ взаимодействуя с O₃, образует радикальные частички:

NO₂ + O₃ → NO₃^* + O₂;

NO₃^* + NO → 2NO₂;

NO₃^* + NO₂ → N₂O₅;

NO₃^* + NO₂ → NO + NO₂ + O₂;

N₂O₅ (неустойчив.) → NO₃ + NO₂;

N₂O₅ + водян.пары → 2НNO₃;

NO₃^* + hν → NO + О₂ (фотолиз, λ = 500–700 нм);

Кроме того, процесс фотохим.смога дополнительно сопровождается взаимодействием углеводородов, поступающих с выхлопными газами в воздух, с образованием вторичных загрязнителей (О₃, О). Продуктами взаимодействия углеводородов с О₃ и О являются олефины, взаимодействующие с NO_x, продуктами взаимодействия которых могут быть свободные радикалы, альдегиды, органические периксные радикалы. Эти продукты могут вступать в реакцию с О₂, с образованием О₃.

RO₂^* + O₂ → RO + O₃;

Молекулярный О₂ вступает в реакцию с олефинами, с образованием гидропероксидов:

О₂ + R–CH=CH–CH₂R^/ → R–СН–СН=СНR^/;

|

ООН

которые распадаются с образованием радикалов (RCO^*), а они в свою очередь:

RCO^* + О₂ → RCO₃;

RCO₃ + О₂ → RCO₂ + О₃;

Продуктом фотохим.реакции NO_x с олефинами является пероксиацетилнитрат (ПАН) – сильнейший канцероген, губительно действующий на все живые существа, вызывая раздражение глаз.

Каталитический смог в основном формируется при загрязнении атмосферы выбросами, содержащими SО₂, который может взаимодействовать с углеводородами, как фотохим.путем, с образованием сульфиновых кислот:

SО₂^* + RH → RSO₂H;

так и каталитическим:

SО₂ + О₂ → SO₄^*(катализатор СО₂);

SО₂ + SO₄^* → 2SO₃ (катализатор NO₂);

SО₃ + H₂O → H₂SO₄.

Загрязнение стратосферы:

Дополнительными источниками загрязнения являются – сверхзвуковые лайнеры. Также, чем выше труба, тем больше загрязнений поступает в стратосферу.

Загрязнение природных вод

Термин загрязнение подразумевает под собой хим. и тепловое загрязнение. К основным категориям загрязняющих факторов относятся:

– биоразложение органического вещества комунально-бытовых стоков (могут быть удалены на очистных сооружениях или в процессе биоразложения с участием бактерий в водной массе);

– не поддающиеся биоразложению органические вещества (из техногенных источников, являются токсичными для бактерий, живущих в водном объекте);

– соединения тяжелых металлов (способные накапливаться в донных осадках и по пищевой цепи в организмах водных обитателей).

Источники загрязнения водных систем: атмосферные осадки; пром. и коммунальные сточные воды; транспорт через донные осадки.

Независимо от источника эмиссии загрязняющих веществ в водной массе они будут находиться в растворенной форме или в виде взвеси. Чаще всего эти вещества включаются в биологический цикл.

Прир.водные системы характеризуются буферной емкостью по отношению к поступающим в них загрязняющим веществам. Пороговый уровень – кол-во дополнительно введенного в водную систему вещества, превышающего его расход. Пороговый уровень определяет буферную емкость водной системы. Ниже порогового уровня водн.система способна удалять загрязняющие вещества путем естественных процессов. В случае, когда скорость поступления вещества превышает скорость удаления вещества естественным путем, экологическая структура водной системы будет нарушаться. Для определения порогового уровня экол.система должна рассматриваться, как единое целое.

Основные категории загрязнителей:

– токсикация тяжелыми металлами, подразделяющимися на проявляющие консервативные (концентрации которых остаются примерно постоянными или характеризуются постоянным отношением к концентрации какого-либо органогенного элемента (К, Na, Ca, Mg)) и неконсервативные (содержание которых в водн.массе меняется в зависимости от разл.факторов) свойства.

Неконсервативные металлы характеризуются высокой хим.активностью, поэтому даже незначительное изменение их концентрации приводит к изменениям системы жизнеобеспечения водн.организмов. Большая честь этих металлов – микроэлементы. При их недостатке проявляется угнетение организма – авитаминоз, при избытке – они являются ингибиторами реакции с энзимами и проявляют токсические свойства по отношению к организму.

Потенциально опасные металлы – металлы, скорость эмиссии которых на порядок превышает величину естественного переноса (Cu, Zn, Cd, Hg и др.)

– токсикация органическими соединениями. В загрязненных водных системах содержание орг.соединений более 2 мг/дм³; оно зависит от физич., хим. свойств воды водн.объектов – приемников сточных вод, условий выпуска сточных вод и др.факторов. Перенос органических веществ в гидросфере определяется их природой, технологией его получения.

– токсикация нефтью и нефтепродуктами, содержащими различные орг. и неорг. фракции, некоторые из которых очень токсичны. При растекании пленки нефти на поверхности воды образуется пленка малопроницаемая для света и газовых компонентов атм.воздуха, что приводит к нарушению процессов фотосинтеза и диффузии. Также из-за растворимости компонентов в водн.массе, они эмульгируются и физически воздействуют на водн.организмы, затрудняя жаберное дыхание и обволакивая тонким слоем жив.организмы. Кроме того, нефть и нефтепродукты концентрируют в своем объеме др.загрязнители, т.е. их токсичность увеличивается.

В случае небольшой площади нефтяной пленки, она может быть съедена микроорганизмами. Если площадь большая, это может привести к гибели водн.объекта.

Окисление нефти и нефтепродуктов под действием бактерий описывается в общем виде реакцией:

СН₃–(СН₂)_n–CH₃ + O₂ → CH₃–(СН₂)_n-1–C=O + CO₂ + H₂O;

|

OH

Загрязнение почвы

Почва в большей степени подвержена антропогенному воздействию. Наибольшую опасность для почвы и ее обитателей представляет токсикация пестицидами и соединениями тяжелых металлов, закисление и засоление.

– Пестициды – хим.вещества, обладающие токсическими свойствам по отношению ко всем живым организмам.Пестициды классифицируются на: инсектициды, гербициды, фунгициды и др.

К свойствам пестицидов, определяющих их способность загрязнять ОС, относятся: период полураспада, растворимость, летучесть. Период полураспада – время, в течение которого пестицид потерял свою активность на 50%. Активность теряется полностью, когда он разлагается в процессе хим. или биол.превращений. По этому показателю пестициды классифицируют на: нестойкие (остаются в ОС до 12 нед.), средне стойкие (до 18 нед.), стойкие (до 2 и более лет). Время, необходимое для разложения пестицидов зависит от хим.природы пестицида, типа почвы и степени ее обработки.

– Соединения тяжелых металлов попадают в почву из след.основных источников: атмосферные осадки, минеральные удобрения, твердые отходы промышленности, сгущенный очистной шлам, образующийся при подготовке питьевой воды и очистке сточных комунально-бытовых вод.

– Закисление почв. Растения развиваются в строго определенном интервале рН. Для почвы, почвенных организмов и растений определяющим является не само значение рН,а буферная емкость почвы по отношению к ионам Н⁺. Буферная емкость определяется содержанием в почве глинистых и гумусовых частиц, каждая из которых окружена оболочкой из активных катализаторов-гидроксидов: Са²⁺, К⁺, Mg²⁺, Na⁺. Следовательно, у почв, обладающих глинистым и гумусовым материалом, буферная емкость значительно выше, чем у бедных гумусом песчаных почв, которые в большей степени подвержены закислению.

Источниками закисления являются: атмосферные кислотные осадки, кислотообразующие удобрения, недостаток почвы по питательным веществам.

– Засоление почв может возникать в результате естественных процессов и антропогенного воздействия. Источниками засоления являются: орошение сточными водами, с повышенным уровнем солесодержания; уплотнение почвы. Соли, растворенные в воде могут быть токсичными для растений и почвенных организмов. Галофиты – растения, способные расти на засоленной почве.