Класифікація та загальна характеристика джерел забруднення навколишнього середовища
У процесі розвитку промисловості, енергетики та засобів транспорту беззупинно наростає антропогенне забруднення біосфери. Якщо в першій половині 20 століття негативний вплив забруднень на біосферу в багатьох районах світу згладжувався виникаючими в ній природними процесами, то в наступні роки масштаби діяльності людини привели біосферу на межу екологічної кризи, що ускладнюється зростанням народонаселення планети й процесами урбанізації.
Безліч розроблених технологічних процесів призвела до зростання кількості токсичних речовин, що надходять у біосферу. Причому в ряді районів земної кулі рівні забруднення значно перевищують допустимі санітарні норми.
В загальному випадку поняття "забруднення" включає до себе внесення в якесь середовище нових, не характерних для нього несприятливих фізичних, хімічних та біологічних агентів або перевищення природного середньо багаторічного рівня цих агентів .Основні джерела забруднення біосфери, що утворюються природними, виробничими і побутовими процесами, можуть бути об’єднані в дві групи:
1. забруднення природного походження;
2. забруднення штучного походження (рис.17.1).
За характером забруднення можуть бути об’єднані у дві групи:
1. матеріальні (токсичні й нетоксичні);
2. енергетичні (теплові викиди, всі види випромінювань і поля, що впливають на природне середовище).
За розташуванням джерела забруднення біосфери можуть бути:
1. зосереджені (точкові);
2. розосереджені (розподілені).
За характером виявлення:
1. беззупинної дії;
2. періодичної (короткочасної) дії.
Рис. 17.1. Класифікація джерел забруднення навколишнього середовища за походженням.
Наприклад, окремо розташовані димові та вентиляційні труби відносяться до точкових джерел забруднення атмосфери, а вентиляційні ліхтарі цехів, ряди близько розташованих труб, відкриті склади сипучих матеріалів – до розосереджених; випадання космічного пилу відносять до джерел безупинної дії (і розподілених), а такі стихійні явища як лісові та степові пожежі, виверження вулканів – до джерел короткочасної дії. При цьому необхідно відзначити, що рівень забруднення біосфери природними джерелами є фоновим і мало змінюється з часом.
Сьогодні довкілля забруднюють більше ніж 7 тис. хімічних сполук, що виділяються в процесі промислового виробництва, багато з яких — токсичні, мутагенні й канцерогенні.
До найпоширеніших і найнебезпечніших забруднювачів повітря належать діоксид азоту, бензол, води — пестициди, нітрати (солі азотної кислоти), ґрунту — поліхлоровані дифеніли, соляна кислота. Кількість техногенних забруднювачів зараз величезна й, на жаль, продовжує зростати. Особливу небезпеку становлять важкі метали, які дедалі в більшій кількості нагромаджуються в ґрунті, воді й продуктах харчування. Щорічно: в результаті згоряння палива в атмосферу планети викидається приблизно 22 млрд. т діоксиду вуглецю й 150 млн. т сірчистих сполук; світова промисловість скидає в річки понад 160 км3 шкідливих стоків; у ґрунти вноситься близько 500 млн. т мінеральних добрив і 4 млн. т пестицидів. За останні 50 років використання мінеральних добрив збільшилося в 45 разів, а отрутохімікатів — у 10 разів, і хоча врожайність при цьому підвищилася тільки на 15— 20 %, проте в багато разів зросла забрудненість природних вод, ґрунтів і продуктів харчування.
У найзагальнішому вигляді забруднювачі й забруднення довкілля класифікуються так:
– за походженням — механічні, хімічні, фізичні, біологічні; матеріальні, енергетичні;
– за тривалістю дії — стійкі, нестійкі, напівстійкі, середньої стійкості;
– – за впливом на біоту — прямої й непрямої дії;
– – за характером — навмисні (заплановані), супутні, аварійно-випадкові.
Механічні забруднювачі — це різні тверді частинки або предмети (викинуті як непотрібні, відпрацьовані, невикористані) на поверхні Землі, в ґрунтах, воді, в Космосі (пил, уламки машин та апаратів).
Хімічні забруднювачі — тверді, газоподібні й рідкі речовини, хімічні елементи та сполуки штучного походження, які надходять у біосферу й порушують природні процеси кругообігу речовин та енергії (особливо небезпечні — хімічна зброя).
Фізичні забруднення — це зміни теплових, електричних, електромагнітних, гравітаційних, світлових, радіаційних полів у природному середовищі, шуми, вібрації, які створює людина.
Біологічні забруднення — поява в природі в результаті діяльності людей нових різновидів живих організмів (наприклад, вірусу СНІДу), підвищення патогенності паразитів та збудників хвороб, а також спровоковане людиною катастрофічне розмноження окремих видів (наприклад, унаслідок необґрунтованої інтродукції, порушень карантину тощо).
До матеріальних належать різні атмосферні забруднення, стічні води, тверді відходи, до енергетичних — теплові викиди, шуми, вібрації, електромагнітні поля, ультразвукове, інфразвукове, світлове, лазерне, інфрачервоне, ультрафіолетове, іонізуюче, електромагнітне випромінювання.
До стійких належать забруднювачі, які довго зберігаються в природі (пластмаси, поліетилени, деякі метали, скло, радіоактивні речовини з великим періодом напіврозпаду тощо).
Нестійкі забруднювачі швидко розкладаються, розчиняються, нейтралізуються в природному середовищі під впливом різних факторів і процесів.
Навмисні забруднення — це умисні (заборонені) протизаконні викиди й скиди шкідливих відходів виробництва у водні об'єкти, повітря й на земельні ділянки, цілеспрямоване знищення лісів, пасовиськ, перевилов риби, браконьєрство, утворення кар'єрів, неправильне використання земель, природних вод і т. д.
Супутні забруднення — це поступові зміни стану атмосфери, гідросфери, літосфери й біосфери в окремих районах, регіонах планети в цілому в результаті діяльності людини (спустелювання, висихання боліт, зникнення малих річок, поява кислотних дощів, парникового ефекту, руйнування озонового шару).
Нижче наведено короткі характеристики найбільш поширених і небезпечних забруднювачів довкілля.
Оксид вуглецю (СО), або чадний газ, не має кольору й запаху, утворюється в результаті неповного згоряння кам'яного вугілля, природного газу, деревини, нафти, бензину. Якщо в повітрі міститься 1 % СО, то це вже негативно впливає на біоту, а 4 % для багатьох видів є летальною дозою. Один автомобіль викидає в повітря близько 3,65 кг СО за добу; щільність потоків автомобілів на основних магістралях Києва сягає 50—100 тис. машин за добу, щогодинний викид у повітря СО становить 1800—2000 кг.
Оксиди азоту, що в 10 разів небезпечніші для людини, ніж СО, викидаються в повітря переважно підприємствами, які виробляють азотну кислоту й нітрати, анілінові барвники, целулоїд, віскозний шовк, а також паливними агрегатами ТЕС і ТЕЦ, металургійними заводами й спричинюють утворення кислотних дощів. На територіях, що межують із основними автомагістралями Києва (10—30 км), концентрації NО2 в 10 — 30 разів перевищують гранично допустимі (ГДК), бензпіренів — у 3—10 разів.
Аміак (МН3), що застосовується для виробництва, зокрема азотної кислоти, подразнює дихальні шляхи людей і тварин.
Шкідливі вуглеводні (ароматичні, парафіни, нафтени, бензпірени) містяться у вихлопних газах автомобілів (недосконалість процесів згоряння бензину в циліндрах двигунів), картерних газах, випарах бензинів. Дуже шкідливі також сажа (оскільки добре адсорбує забруднювачі), ненасичені (олефінові) вуглеводні (етилен та інші), які становлять 35 % загальної кількості вуглеводневих викидів і є однією з причин утворення смогів — фотохімічних туманів у містах-гігантах. У вихлопних газах автомобілів міститься близько 200 шкідливих компонентів, найнебезпечніші з яких — бензпірени, оксиди азоту, сполуки свинцю та ртуті, альдегіди.
Діоксид сірки (SО2), або сірчистий газ, виділяється під час згоряння палива з домішкою сірки (вугілля, нафта), переробки сірчаних руд, горіння териконів, виплавляння металів.
Триоксид сірки (SО3), або сірчаний ангідрид, утворюється внаслідок окиснення SО2 в атмосфері під час фотохімічних і каталітичних реакцій і є аерозолем або розчином сірчаної кислоти в дощовій воді, яка підкислює ґрунти, посилює корозію металів, руйнування гуми, мармуру, вапняків, доломітів, спричинює загострення захворювань легень і дихальних шляхів. Нагромаджується в районах хімічної, нафтової й металургійної промисловості, ТЕЦ, цементних і коксохімічних заводів. Украй шкідливий також і для рослин, оскільки легко засвоюється ними й порушує процеси обміну речовин і розвитку.
Сірководень(Н2S) і сірковуглець (СS2) викидаються в повітря окремо й разом з іншими сірчистими сполуками, але в менших кількостях, ніж SО2, підприємствами, які виробляють штучне волокно, цукор, а також нафтопереробними й коксохімічними заводами. Характерна ознака цих забруднювачів — різкий, неприємний, подразнювальний запах. Мають високу токсичність (у 100 разів токсичніші, ніж SО2). В атмосфері Н2S повільно окиснюється до SО3. Потрапляє в атмосферу також у районах діяльності вулканів. Крім того, в природних умовах сірководень — це кінцевий продукт сульфатредукуючих бактерій — на дні боліт і річок, озер, морів і навіть у каналізаційних системах.
Сполуки хлору з іншими елементами концентруються навколо хімічних заводів, які виробляють соляну кислоту, пестициди, цемент, суперфосфат, оцет, гідролізний спирт, хлорне вапно, соду, органічні барвники тощо. В атмосфері містяться у вигляді молекулярного хлору й хлористого водню.
Сполуки фтору з іншими елементами нагромаджуються в районах виробництва алюмінію, емалі, скла, кераміки, фарфору, сталі, фосфорних добрив. У повітрі вони містяться у вигляді фтористого водню (НР) або пилуватого флюориту (СаР2). Сполуки фтору надзвичайно токсичні, до них дуже чутливі комахи. Фтор нагромаджується в рослинах, а через рослинний корм — в організмі тварин.
Свинець (РЬ) — токсичний метал, який міститься у вихлопних газах автомобілів, свинцевих фарбах, матеріалах покриттів, ізоляцій електрокабелів і водопроводів, різних прокладок та ін.
В організмі людини міститься в середньому близько 120 мг свинцю, який розподілений по всіх органах, тканинах, кістках. Із кісток він виводиться дуже повільно (десятки років)! Органічні сполуки свинцю надходять в організм людини крізь шкіру, слизові оболонки, з водою та їжею, а неорганічні — дихальними шляхами. Сьогодні житель великого міста щодня вдихає близько 20 м3 повітря з вихлопними газами, до компонентів яких належить свинець, отримує його з їжею (до 45 мкг), і в організмі затримується до 16 мкг свинцю, котрий проникає в кров і розподіляється в кістках (до 90 %), печінці й нирках. Іноді загальна кількість свинцю в організмі городянина становить 0,5 г і більше, тоді як його ГДК в крові — 50—100 мкг/100 мл.
Кадмій (Сd) — одна з найотруйніших речовин. Його ГДК — 0,001 мг/л. Так, у 1956 р. в Японії тяжке захворювання кісток, відоме як ітай-ітай, було викликане хронічним отруєнням людей кадмієм, що містився в рисі. Цей рис вирощувався неподалік гірничодобувного комбінату, який сильно забруднював околиці відходами з умістом кадмію. В організм японців, котрі мешкали поблизу, щодня потрапляло до 600 мкг цієї отрути!
За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), у наш час у США щодоби в організм дорослої людини потрапляє майже 50—60 мкг кадмію, у Швеції — 15—20, в Японії — до 80 мкг. Рятує лише те, що основна маса кадмію виводиться з організму дуже швидко, а залишається всього близько 2 мкг (за добу). Підвищений уміст кадмію спостерігається в морських фосфоритах, морських рослинах і кістках риб, у деяких поліметалічних рудах. Нагромаджується він у золі під час спалювання сміття на звалищах.
Ртуть (Нg) — високотоксична речовина, особливо ртутьорганічні сполуки — метилртуть, етилртуть та ін. В довкілля потрапляє з відпрацьованих люмінесцентних ламп, батарейок тощо.
«Нові» забруднювачі, винайдені людиною, яких природа раніше не знала й не мала часу підготувати до них екосистеми, за своєю фізико-хімічною структурою чужі всьому живому й не можуть перероблятися, втягуватися в обмінні процеси. До таких небезпечних забруднювачів належать поліхлорбіфеніли (ПХБ), полібромні біфеніли (ПББ), поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ) — їх виробляють понад 600 видів, нітрозоаміни, вінілхлориди (містяться в різних плівках, поліетиленових упаковках, пакетах, трубах), майже всі синтетичні пральні порошки. Більшість із цих речовин є канцерогенними, вони впливають на генетичний апарат людей.
Якщо не вжити термінових заходів до зменшення забруднень довкілля, то, за розрахунками спеціалістів, через 50 років, зважаючи на зростання виробництва, вміст оксиду заліза в ґрунтах і водах планети подвоїться, сполук цинку й свинцю збільшиться в 10 разів, ртуті, кадмію, стронцію — в 100, арсену (миш'яку) — в 250 разів!