Энергетические загрязнения. Регионы техносферы и природные зоны, примыкающие к очагам техносферы, постоянно подвергаются активному загрязнению различ­ными веществами и их соединениями.

Регионы техносферы и природные зоны, примыкающие к очагам техносферы, постоянно подвергаются активному загрязнению различ­ными веществами и их соединениями.

Загрязнение атмосферы. Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента. Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты.

Результаты спеиальных исследований показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь. Загрязненный воздух вызывает рак легких, горла, кожи, расстройство ЦНС, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным действием на организм человека.

Атмосферный воздух всегда содержит не­которое количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. К числу примесей, выделяемых естественными источниками, относят: пыль (растительного, вулканического, косми­ческого происхождения, возникающую при эрозии почвы, частицы морской соли); туман; дым и газы от лесных и степных пожаров; газы вулканического происхождения; различные продукты растительного, животного происхождения и др. Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы – вулканическая и флюидная активность Земли. Установлено, что поступление загрязняющих веществ с глубинными флюидами имеет место не только в областях современной вулканической и газотермальной деятельности, но и в стабильных геологических структурах. В снеговых выпадениях многих районов Европейской части России выявлены аномально высокие концентрации фтора, лития, сурьмы, мышьяка, ртути и других тяжелых металлов.

Естественные источники загрязнений бывают либо распределен­ными, например выпадение космической пыли, либо локальными, например лесные и степные пожары, извержения вулканов. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоно­вым и мало изменяется с течением времени.

Основное антропогенное загрязнение атмосферного воздуха созда­ют автотранспорт (40-50% от общего загрязнения, так как автомобильные выхлопы представляют собой смесь примерно200 вредных веществ, они тяжелее воздуха и скапливаются в приземном слое воздуха.), теплоэнергетика и ряд отраслей промышленности. Среди антропогенных загрязнений опасными считаются процессы сгорания топлива и мусора, ядерные реакции при получении атомной энергии, испытаниях ядерного оружия (связано с быстрым разносом радионуклеотидов на большие расстояния и долговременным характером загрязнений территории), металлургия, переработка нефти и газа, угля, различные химические производства.

Самыми распространенными токсичными веществами, загрязняю­щими атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и пыль.

Смог весьма токсичен. Для образования смога в атмосфере в солнечную погоду необходимо наличие оксидов азота, углеводородов (их выбрасывают в атмосферу автотранспорт, промышленные предприятия). Фотохимические смоги, впервые обнаруженные в 40-х годах в г. Лос-Анджелес, теперь периодически наблюдаются во многих городах мира.

Кислотные дожди известны более 100 лет, однако проблема этих дождей возникла около 20 лет назад. Кислотные атмосферные осадки вымывают кальций, гумус, микроэлементы из почвы, что приводит к замедлению роста и гибели растений. Кислотные осадки мощный фактор выветривания горных пород, уменьшения плодородия почв и химического разрушения техногенных объектов, включая памятники культуры и наземные линии связи.

Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот. Кислотные дожди возникают вследствие неравномерного распределения этих газов в атмосфере. Например, концентрация серы 50г (мкг/м³) обычно таковы: в городе 50...1000, на территории около города в радиусе около 50 км 10...50, в радиусе около 150 км 0,1...2, над океаном 0,1.

Источниками поступления соединений серы в атмосферу являются: естественные (вулканическая деятельность, действия микроорганиз­мов и др.) 31...41 %, антропогенные (ТЭС, промышленность и др.) 59...69 %; всего поступает 91—112 млн. т в год.

Соединения серы и азота, попавшие в атмосферу, вступают в химическую реакцию не сразу, сохраняя свои свойства соответственно, в течение 2 и 8...10 суток. За это время они могут вместе с атмосферным воздухом пройти расстояния 1000...2000 км и лишь после этого выпа­дают с осадками на земную поверхность.

Различают два вида седиментации: влажная и сухая. Влажная — это выпадение кислот, растворенных в капельной влаге, она возникает при влажности воздуха 100,5 %; сухая - реализуется в тех случаях, когда кислоты присутствуют в атмосфере в виде капель диаметром около 0,1 мкм. Скорость седиментации в этом случае весьма мала и капли могут проходить большие расстояния (следы серной кислоты обнаружены даже на Северном полюсе).

Различают прямое и косвенное воздействие кислотных осадков на человека. Прямое воздействие обычно не представляет опасности, так как концентрация кислот в атмосферном воздухе не превышает 0,1 мг/м³, т. е. находится на уровне ПДК. Такие концентрации нежелательны для детей и астматиков.

Прямое воздействие опасно для металлоконструкций (коррозия со скоростью до 10 мкм/год), зданий, памятников и т. д. особенно из песчаника и известняка в связи с разрушением карбоната кальция.

Наибольшую опасность кислотные осадки представляют при попадании в водоемы и почву, что приводит к уменьшению рН воды (рН = 7 —нейтральная среда). От значения рН воды зависит раство­римость алюминия и тяжелых металлов в ней и, следовательно, их накопление в корнеплодах, а затем и в организме человека. При изменении рН воды меняется структура почвы и снижается ее плодо­родие. Снижение рН питьевой воды способствует поступлению в организм человека указанных выше металлов и их соединений.

Парниковый эффект. Состояние и состав атмосферы определяют во многом величину солнечной радиации в тепловом балансе Земли, на ее долю приходится основная часть поступающей в биосферу теплоты. Экранирующая роль атмосферы в процессах передачи теплоты от Солнца к Земле и от Земли в космос влияет на среднюю температуру биосферы, которая длительное время находилась на уровне около + 14,5°С, а в 1980–е годы увеличилась до 15,2° С. Расчеты показывают, что при отсутствии атмосферы средняя температура биосферы составляла бы приблизительно —15° С.

Чем выше концентрация минигазов и пыли в атмосфере, тем меньше доля отраженной солнечной радиации уходит в космическое простран­ство, тем больше теплоты задерживается в биосфере за счет парникового эффекта. Парниковый эффект – это удержание значительной части тепловой энергии у земной поверхности.

Парниковый эффект в атмосфере — довольно распространенное явление и на региональном уровне. Антропогенные источники теплоты (ТЭС, транспорт, промышленность), сконцентрированные в крупных городах и промышленных центрах, интенсивное поступление парни­ковых газов и пыли, устойчивое состояние атмосферы создают около городов пространства радиусом 50 км и более с повышенными на 1—5°С температурами и высокими концентрациями загрязнений. Эти зоны (купола) над городами хорошо просматриваются из космического пространства. Они разрушаются лишь при интенсивных движениях больших масс атмосферного воздуха.

Разрушение озонового слоя. Техногенные загрязнения атмосферы не ограничиваются призем­ной зоной. Определенная часть примесей поступает в озоновый слой и разрушает его. Разрушение озонового слоя опасно для биосферы, так как оно сопровождается значительным повышением доли ультрафио­летового излучения с длиной волны менее 290 нм, достигающего земной поверхности. Эти излучения губительны для растительности, особенно для зерновых культур, представляют собой источник канце­рогенной опасности для человека, стимулируют рост глазных заболе­ваний.

Основными веществами, разрушающими озоновый слой, являются соединения хлора, азота. По оценочным данным, одна молекула хлора может разрушить до 10⁵ молекул озона, одна молекула оксидов азота — до 10 молекул.

Источниками поступления соединений хлора и азота в озоновый слой могут быть: вулканические газы; технологии с применением фреонов; атомные взрывы; самолеты («Конкорд», военные), в выхлоп­ных газах которых содержатся до 0,1 % общей массы газов соединения SО и SOз; ракеты, содержащие в выхлопных газах соединения азота и хлора.

Значительное влияние на озоновый слой оказывают фреоны, про­должительность жизни которых достигает 100 лет. Источниками по­ступления фреонов являются: холодильники при нарушении герметичности контура переноса теплоты; технологии с использовани­ем фреонов; бытовые баллончики для распыления различных веществ и т. п.

По оценочным данным, техногенное разрушение озонового слоя к 1973 г. достигло 0,4...1 %; к 2000 г. ожидается 3 %, к 2050 г.— 10 %. Ядерная война может истощить озоновый слой на 20—70 %. Заметные негативные изменения в биосфере ожидаются при истощении озоно­вого слоя на 8... 10 % общего запаса озона в атмосфере, составляющего около 3 млрд. т. Заметим, что один запуск космической системы «Шаттл» сопровождается разрушением около 0,3 % озона, что состав­ляет около 10⁷ т озона.

2. Загрязнение гидросферы. Методы очистки воды. Гидросфера – водная среда, которая включает поверхностные и подземные воды. Акватория Мирового океана составляет 361 млн.кв. км, что в 2,4 раза больше площади суши. Вода в океане (94%) и под землей - соленая. Количество пресной воды составляет 6% от общего объема воды на Земле. В настоящее время человечество использует 3,8 тыс. км³ воды ежегодно, причем это потребление можно увеличить максимум до 12 тыс. км³.

Каждый житель Земли в среднем потребляет 650 м^3. (1780 л в сутки). Однако для удовлетворения физиологических потребностей достаточно 2,5 л в день, т. е. около 1 куб. м в год. Большое количество воды требуется сельскому хозяйству (69%), промышленности (23%) и в быту расходуется 6%.

С учетом потребностей воды для промышленности и сельского хозяйства расход воды в нашей стране от 125 до 350 л в сутки на человека (в Москве 400 л, Нью-Йорке более1000 л, Париже – 500 л, Лондоне – 300 л). В то же время 60% суши не имеет достаточного количества пресной воды, примерно 1,5 млн. человек ощущает ее недостаток, а еще 500 млн. страдают от недостатка и плохого качества питьевой воды, приводящего к различным заболеваниям.

При использовании воду, как правило, загрязняют, а затем сбра­сывают в водоемы. Внутренние водоемы загрязняются сточными во­дами различных отраслей промышленности (металлургической, нефтеперерабатывающей, химической и др.), сельского и жилищно-коммунального хозяйства, а также поверхностными стоками. Основ­ными источниками загрязнений являются промышленность и сельское хозяйство.

Загрязнители делятся на: биологические (органические микроорга­низмы), вызывающие брожение воды; химические, изменяющие хи­мический состав воды; физические, изменяющие ее прозрачность (мутность), температуру и другие показатели.(

Биологические загрязнения попадают в водоемы с бытовыми и промышленными стоками, в основном предприятий пищевой, меди­ко-биологической, целлюлозно-бумажной промышленности. Напри­мер, целлюлозно-бумажный комбинат загрязняет воду так же, как город с населением 0,5 млн. чел. Биологические загрязнения оценивают биохимическим потребле­нием кислорода — БПК. БПК5 —это количество кислорода, потреб­ляемое за 5 суток микроорганизмами — деструкторами для полной минерализации органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Нормативное значение БПК5 = 5 мг/л. Реальные загрязнения сточных вод таковы, что требуют значений БПК на порядок больше.

Химические загрязнения поступают в водоемы с промышленными, поверхностными и бытовыми стоками. К ним относятся: нефтепро­дукты, тяжелые металлы и их соединения, минеральные удобрения, пестициды, моющие средства. Наиболее опасны свинец, ртуть, кадмий. Поступление тяжелых металлов (т/год) в Мировой океан следующее:

Физические загрязнения поступают в водоемы с промышленными стоками, при сбросах из выработок шахт, карьеров, при смывах с территорий промышленных зон, городов, транспортных магистралей, за счет осаждения атмосферной пыли.

Основные виды загрязнения гидросферы:

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами приводит к появлению нефтяных пятен, что затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа солнечных лучей, а также вызывает гибель растений и животных. Загрязнение ионами тяжелых металлов. При попадании в организм большинство металлов очень трудно выводятся, имеют свойство постоянно накапливаться в тканях разных органов и при превышенииопределенной пороговой концентрации происходит отравление организма.

Радиоактивное загрязнение связано со сбросом в водоемы радиоактивных отходов. Серьезную угрозу для жизни в Мировом океане, следовательно, и для человека представляет захоронение на морском дне радиоактивных отходов (РАО) и сброс в море жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Радиоактивные вещества в воде концентрируются микроорганизмами, планктоном и рыбой, а затем по пищевой цепочке передаются другим животным и человеку. Это явление называют биоаккумуляцией.

Механические загрязнения. Приблизительно подсчитано, во все моря мира сброшено примерно 20 млрд.т мусора.

Загрязнение сточными водами в результате промышленного производства, минеральными и органическими удобрениями в результате сельскохозяйственного производства, а также коммунально-бытовыми стоками ведет к эвтрофикации водоемов – обогащению их питательными веществами, приводящему к чрезмерному развитию водорослей и к гибели других водных экосистем с непроточной водой (озер, прудов), а иногда к заболачиванию местности. Особую угрозу представляют пестициды.

Кислотные дожди приводят к закислению водоемов и к гибели экосистем.

Тепловое загрязнение вызывает сброс в водоемы подогретых вод ТЭС и АЭС, что приводит к массовому развитию синезеленых водорослей, так называемому цветению воды, уменьшению количества кислорода и отрицательно влияет на флору и фауну водоемов

Бактериальное и биологическое загрязнение связано с разными патогенными организмами, грибами и водорослями.

 

Очисткой сточных вод называется их обработка с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Методы очистки воды можно разделить на следующие методы:

Механический метод очистки состоит в том, что путем отстаивания и фильтрации удаляются имеющиеся примеси. Такая очистка позволяет выделить из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых используются снова в производстве.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Таким методом достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.

Физико-химический метод, когда удаляются растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества. Из таких методов чаще применяются коагуляция, окисление, сорбция, электролиз, ультразвук, озон, высокое давление, хлорирование

Биологический метод, основанный на использовании закономерностей самоочищения рек и других водоемов. Здесь используются биофильтры, биологические пруды и др.