Химическое загрязнение окружающей среды

Химическое загрязнение (ХЗ). Химическое загрязнение понимается как изменение естественных химических свойств природной среды, превышающее среднемноголетние колебания количества составляющих ее веществ для рассматриваемого периода, а также как проникновение в природную среду химических веществ, отсутствовавших в данной среде ранее или изменяющих естественную концентрацию до уровня, превышающего обычную норму.

Химическое загрязнение характеризуется высокой токсичностью и повсеместным распространением. Химическими веществами загрязняются атмосферный воздух, воздух рабочей зоны предприятий, природные и сточные воды, осадки, почвы, донные отложения, флора и фауна, пищевое сырье, продукты питания и биосубстраты (кровь, лимфа, слюна, моча, мышечные, костные и другие ткани, выдыхаемый воздух и т. п.) - иначе говоря, все, что окружает человека, и сам человек.

Перечень вредных химических веществ включает несколько тысяч наименований. Установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ: в воздухе рабочей зоны - более 1300 наименований; в атмосферном воздухе - более 400 наименований и более 70 комбинаций вредных примесей. Кроме того, установлены ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) для 537 наименований веществ. (ОБУВ устанавливаются для веществ, по которым не определены ПДК в атмосферном воздухе.)

Для водоемов питьевого и культурно-бытового назначения установлены ПДК более 600 вредных веществ, а для водоемов рыбохозяйственного назначения - около 150 наименований. Предельно допустимые концентрации в почвах установлены для 30 вредных веществ.

Распространенность химических загрязнителей достигла таких масштабов, что практически нет ни одной отрасли человеческой деятельности, не связанной с образованием и выбросом в окружающую среду вредных химических примесей. Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в атмосферу более 15 млрд тонн углекислого газа, 200 млн тонн окиси углерода, более 500 млн тонн углеводородов, 120 млн тонн золы, более 160 млн тонн окислов азота и другие вещества. Общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу составляет более 19 млрд тонн. При этом 90 процентов всей массы загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу из антропогенных источников, составляют газообразные вещества (оксиды серы, азота, углерода, тяжелых и радиоактивных металлов и др.), и только 10 процентов приходится на выбросы твердых и жидких веществ.

Химическое загрязнение воздушной среды представляет наибольшую опасность для человека и природной среды.

Контролируемые токсические вещества в зависимости от степени их токсичности делятся на четыре класса опасности: чрезвычайно опасные, высокоопасные, умеренно опасные и малоопасные. Основной характеристикой, на основании которой определяется степень опасности, является значение величины зоны острого действия.

Зона острого действия - отношение средней смертельной концентрации вредного вещества к минимальной (пороговой) концентрации, вызывающей изменение биологических показателей на уровне целостного организма.

В 1991 г. сессия Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) приняла перечень отдельных экологически опасных химических веществ, процессов и явлений, оказывающих глобальное воздействие.

Выделено семь тематических областей, которыми охватываются процессы и явления глобального характера: подкисление; загрязнение воздуха; эвтрофикация; загрязнение нефтью; загрязнение, вызванное сельскохозяйственной деятельностью; загрязнение в результате воздействия промышленных химических веществ; отходы.

Некоторые химические проблемы - например, связанные с изменением климата и с последствиями разрушения озонового слоя - не вошли в перечень, так как они в особом порядке изучаются силами ЮНЕП и других организаций.

Подкисление - процесс возникновения более кислой среды в одной или более областях биосферы.

Основным антропогенным фактором, обусловливающим подкисление, является выброс в атмосферу окислов серы и азота при сжигании ископаемых видов топлива, плавке богатых серой руд и сжигании биомассы. Процессы, связанные с последующим образованием кислотных дождей, оказывают вредное воздействие на земные и водные экосистемы, жилые здания и в конечном счете на здоровье человека. В почве происходит выщелачивание кальция и магния, сопровождаемое активацией ионов алюминия, марганца и других металлов. Выщелаченные продукты поступают из пораженных почв в водные экосистемы, подкисляя их. Яркий пример результатов подкисления - сокращение площади лесов. В экосистемах пресной воды существует связь между низким показателем кислотности и исчезновением рыб в озерах и гибелью речных рыб.

Загрязнение воздуха является следствием наличия в помещении или за его пределами одного или нескольких загрязняющих веществ в виде газа, аэрозоля или взвешенных частиц, которые наносят вред человеку, растениям, животным, имуществу или мешают нормальным условиям жизни.

Увеличение объема сжигаемого ископаемого топлива, урбанизация и активное использование транспорта сопровождаются увеличением выбросов загрязняющих веществ. Некоторые загрязнители переносятся на большие расстояния, поражая большое количество людей и сред обитания. Сжигание ископаемых видов топлива приводит к образованию окислов углерода, серы, азота, органических соединений, а также взвешенных веществ (летучей золы, сажи).

Промышленные процессы и сельскохозяйственные работы приводят к значительному увеличению выбросов загрязняющих веществ. Особую озабоченность вызывают выбросы от сжигания отходов, а также выбросы побочных металлов в металлургической промышленности и фтора при производстве алюминия и кирпича.

Транспортные средства на бензиновом топливе являются главным источником выброса окиси углерода, окислов азота, летучих органических соединений и свинца, а транспортные средства на дизельном топливе приводят к загрязнению углеродистыми частицами и полиароматическими углеводородами (ПАУ).

Химические вещества, загрязняющие воздух, оказывают непосредственное вредное воздействие на организмы человека и животных: оксид углерода может вызывать сердечно-сосудистые нарушения и отклонения в деятельности нервной системы; двуокись азота с озоном создает синергический эффект, усиливающий негативное влияние последнего на работу легких, дыхательных путей, снижающий защитные функции организма, особенно при воспалительных процессах.

Фотохимические окислители и отдельные летучие органические соединения (например, толуол) вызывают раздражения глаз, слизистых оболочек других органов, обусловливают нарушения центральной нервной системы. Двуокись углерода вызывает парниковый эффект, что приводит к повышению средней глобальной температуры на планете.

Двуокись серы, окислы азота, озон оказывают различными путями прямое воздействие на развитие растений. Это выражается в уменьшении первичной продуктивности экосистемы суши и в сокращении производства биомассы. Выбросы фтора наносят ущерб лесам, сельскохозяйственным растениям и пастбищным животным.

Двуокись серы и другие кислые газы вызывают коррозию металлов, разрушают поверхность камня и стекла, обесцвечивают бумагу, ткани и окисляют резину.

Эвтрофикация является биологическим следствием роста концентраций неорганических питательных элементов растений и может протекать как в экосистемах суши, так и в водных экосистемах. Термин «эвтрофикация» означает чрезмерное удобрение озер, водоемов, равнинных рек и отдельных областей морских прибрежных вод питательными веществами (главным образом фосфорными и азотными соединениями), в результате чего происходит бурный рост материала водных растений. Это вызывает ухудшение качества воды, приводит к расщеплению в ней кислорода и уменьшению ее прозрачности, а в перспективе - к сокращению возможностей рыболовства, к гибели с высокой вероятностью рыб, засорению водных путей и, как результат, к токсичным последствиям для людей и животных. Процессу эвтрофикации подвержено 30-40 процентов озер и водоемов на планете.

Загрязнение нефтью воды и суши приобрело в настоящее время исключительные масштабы. В море ежегодно попадает около 3,2 млн метрических тонн нефти. Нефтяное загрязнение на суше и в пресной воде образуется за счет утечек и разливов на судах, нефтепроводах, нефтехранилищах, береговых сооружениях и грунтовых стоков. После попадания углеводородов в воду и почву они постепенно разлагаются бактериями.

Нефтепродукты губительно действуют на живые организмы. Наиболее чувствительны к воздействию углеводородов молодые организмы. При этом, к примеру, ракообразные уязвимы больше, чем рыбы. Из естественных экосистем самыми уязвимыми являются болота и мангровые леса. Воздействие нефтяного загрязнения на человека в виде мутагенных и канцерогенных последствий проявляется на уровне популяции и сообщества.

Предотвращение глобального загрязнения нефтью и нефтепродуктами становится приоритетной задачей мирового масштаба.

Загрязнение, вызванное сельскохозяйственной деятельностью, признано следствием интенсификации сельского хозяйства. Изменение системы землепользования, одним из основных признаков которого выступает применение активных химических веществ, связано с эрозией почвы.

Загрязнение, вызываемое сельскохозяйственной деятельностью, может оказывать воздействие на воздух, воду и почвы. Минеральные и органические удобрения, пищевые добавки, превышающие возможность усвоения их сельскохозяйственными культурами, становятся источниками загрязнения окружающей среды. Высокий уровень загрязнения на местах зачастую является результатом сброса отходов (соломы, листьев, корней и др.), сжигания их или компостирования.

Другой источник загрязнения - сброс отходов животноводства в поверхностные воды и на почву. Разбрасывание животных отходов по поверхности земли может привести к значительным выбросам аммиака, что, в свою очередь, приводит к подкислению почв и выделению окислов азота. Интенсивное применение минеральных удобрений вызывает увеличение выбросов в атмосферу окислов азота, получающихся в результате микробных реакций аммиака, нитратов и азота. Одновременно происходит увеличение выбросов метана.

В результате горения дерева в составе лесной биомассы увеличивается количество углекислого газа в атмосфере. Обезлесенная местность подвергается водной эрозии, в результате которой загрязняются реки, озера, водоемы.

Грамотное ведение сельскохозяйственного производства представляется одним из действенных путей снижения загрязнений окружающей среды.

Загрязнение химическими веществами, используемыми в промышленности, образуется при попадании в окружающую среду цветных металлов, полигалоидированных органических соединений, растворителей и детергентов (синтетических моющих средств). К наиболее важным химическим загрязнителям относятся (по группе цветных металлов): кадмий, ртуть, свинец, мышьяк.

Отходы - это материалы, которые больше не требуются человеку или промышленности. В настоящее время происходит увеличение объема и расширение структуры отходов, а также увеличение объема мусора (выбрасываемых предметов) на суше и в воде.

Существуют три пути удаления отходов: химическая обработка, захоронение и сжигание. При этом продукты выщелачивания в местах захоронения и стоки с участков поверхности, покрытых сельскохозяйственными отходами, а также осадки сточных вод могут вызывать серьезное загрязнение воды, усиливая эвтрофикацию и разрушение кислорода в реках.

Величины и диапазоны измерения химического загрязнения. Основной контролируемой величиной является объемная (удельная) концентрация химического вещества в объекте анализа в диапазоне измерения от предельно допустимой до летальной при экспозиции 15-30 минут. (Для атмосферного воздуха эти значения по различным веществам находятся в пределах от ^10-4 миллиграмм на куб. метр, или мг/м³, - по веществам 1-го класса опасности - и до 10⁴ мг/м³ - по веществам 4-го класса опасности).