Химическое загрязнение

С экологической точки зрения человек в своей производственной деятельности не создает ничего, кроме отходов. Любой произведенный продукт, созданный человеком для жизни и комфорта, через определенное время становится отходом. То же, в конце концов, становится и с производящим предприятием. Поэтому безотходных технологий не может быть в принципе. Полная замкнутость биохимических и антропогенных круговоротов вещества невозможна. Иначе говоря, полное отключение жизни человека от воздействия на окружающую среду неосуществимо.

Загрязнением среды считается внесение в нее новых, не свойственных ей физических, химических и биологических составляющих. Вследствие этого экосистема начинает деградировать и разрушается. Можно сказать, что загрязнения — это комплекс антропогенных помех в экосистеме. Эти помехи часто превышают адаптационные возможности живых организмов и ведут к их массовой гибели. Поступление загрязнений изменяет функционирование экосистемы: изменяются потоки энергии и вещества, продуктивность и численность популяций.

Источники антропогенного загрязнения разнообразны: основную роль играют промышленные и сельскохозяйственные стоки и выбросы, бытовые отходы, нефть и нефтепродукты. К загрязнениям относятся также химические вещества, намеренно вводимые человеком в экосистемы для защиты ра­стений от вредителей, болезней и сорняков. Примерами хими­ческого загрязнения являются пестициды, тяжелые металлы и разливы нефти. В современном нефтедобывающем комплексе применяется более двух тысяч разновидностей химических соединений, которые по генезису чужды естественным пото­кам веществ.

Важнейшую роль в распространении загрязнений играют процессы массопереноса: за счет испарения воды загрязняется атмосфера, переход загрязненной воды в почву или биоту вызывает их загрязнение. В зависимости от масштабов распределения загрязнений выделяют глобальные (биосферные), региональные и локальные загрязнения. Примерами глобаль­ных загрязнений служат загрязнение космического пространства космическим мусором, загрязнение атмосферы озоноразрушающими веществами, радиоактивное загрязнение, загрязнение Мирового океана нефтепродуктами.

Загрязнение природной среды нефтью связано с высокой токсичностью и миграционной способностью отдельных компонентов нефти. На земной поверхности нефть оказывается в качественно новых условиях: анаэробная обстановка с медленными темпами геохимических процессов сменяется аэриро­ванной средой. Разрушение разлитой нефти и нефтепродуктов происходит за счет химического окисления и биогенного разложения.

Легкая фракция нефти — наиболее подвижная ее часть. Метановые углеводороды легкой фракции, присутствующие в загрязненных почвах, водной и воздушной сферах, растворимы в воде и оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Эта фракция легко мигрирует в почвах и водоносных горизонтах. Нефть при разливе ухудшает состав корневого питания растений, что резко снижает урожайность.

На земной или водной поверхности углеводороды легкой фракции в первую очередь подвергаются процессам разложения и наиболее быстро перерабатываются микроорганизмами. Скорость биодеградации классов углеводородов уменьшается в ряду «алканы→ ароматические углеводороды→ циклопарафины». (Алка́ны — ациклические углеводороды линейного или разветвлённого строения, содержащие только простые связи и образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n+2. Алканы являются насыщенными углеводородами и содержат максимально возможное число атомов водорода.)

Растекание нефти по поверхности водоема нарушает процессы газообмена, испарения и теплообмена воды с атмосферой. Покрывая пленкой водную поверхность, тонна нефти образует на поверхности водоема сплошную пленку площадью 2,6 км². При этом нарушается кислородный, углекислотный и другие виды газового обмена. При концентрации нефтепродуктов в воде около 1 г/м³ подавляется жизнедеятельность фито­планктона. В результате длительного контакта человека с углеводородами развиваются вегетативные нарушения: появляется бессонница, головная боль, покраснение кожи, снижается обоняние, повышается утомляемость. Концентрация паров нефти от 100 мг/дм³ опасна для жизни даже при вдыхании в течение 5 мин.

В результате воздействия предприятий изменения (нарушения или загрязнения) в окружающей среде могут превы­шать или не превышать установленные предельно допустимые нормативы. При оценках воздействия предприятий на окружающую среду (ОС), регламентации их деятельности, организации системы мониторинга, планировании реабилитации природных комплексов принципиальное значение имеют следующие типы загрязнений и нарушений:

• геомеханический тип нарушений — это деформации горного массива (уплотнение, разрыхление, появление трещин, прогибов, провалов), появление насыпей и строений;

• гидродинамический тип нарушений—это затопление рельефа или истощение водотоков, подтопление грунтовыми водами или образование депрессионной воронки. Водотоки и водоемы загрязняются растворенными химическими вещества­ми, изменением минерализации, мутности и температуры;

• биоморфологические нарушения—уменьшение продуктивности и ареала распространения, угнетение, уничтожение, изменение видового состава фито- и зооценоза. Для фитоценозов свойственны загрязнения в форме самозарастания; для зоо- и микробиоценозов загрязнением является увеличение численности определенного вида животных или микроорга­низмов;

• литосферное загрязнение может быть вызвано проливом нефтепродуктов, пылью, органическими растворами и раство­рами металлов, изменением геотермического режима, проведением взрывов;

• аэродинамические нарушения—изменение направления потока в приземном слое, температурные инверсии.

Атмосферные газообразные загрязнители представлены оксидом углерода, окислами серы, фенолами, органическими соединениями; жидкие загрязнители — масляным туманом, тонкими брызгами; твердые загрязнители — пылью, сажей, смолистыми веществами.

Оксид углерода образуется при сжигании любого органического топлива. Опасные концентрации наступают при содержании СО в воздухе в количестве от 300 мг/м³ и выше. При вдыхании воздуха, содержащего небольшое количество СО, происходит глубокое отравление организма вследствие обра­зования стойкого соединения СО с гемоглобином крови. Вы­сокие концентрации СО в воздухе вызывают обильное слезотечение, удушье, головокружение, боли в желудке.

Диоксид углерода поступает в атмосферу за счет сжигания топлива, дегазации нефти и пластовых вод. Оказывает раздражающее действие при концентрации в воздухе 4—5%; при содержании С0₂ в воздухе 10% происходит сильное отравление.

Сероводород—бесцветный ядовитый газ с плотностью по воздуху 1,19 с неприятным запахом, который ощутим даже при незначительных концентрациях 1,5—2,0 мг/м³. При больших концентрациях ощущение запаха ослабевает вследствие па­ралича нервных окончаний. Предельно допустимая концент­рация (ПДК) сероводорода в воздухе рабочей зоны 3 мг/м³, в атмосферном воздухе населенных мест — 0,008 мг/м³. При концентрации 1000 мг/м³ смерть наступает мгновенно.

Сернистый ангидрид—токсичный бесцветный газ с ост­рым запахом. Длительное воздействие вызывает хроничес­кое отравление: возможны поражение печени, системы кро­ви и развитие пневмосклероза. Концентрация в воздухе свыше 300 мг/м³ приводит к потере сознания в течение 1 мин. Гибель деревьев начинается при содержании S0₂ в воздухе 2—5 мг/м³. Это газ разрушает хлорофилл листьев и замедляет процесс фо­тосинтеза.

Двуокись азота— бурый газ с удушливым запахом. Ока­зывает сильное влияние на легкие человека с развитием брон­хита, эмфиземы легких, астмы.

Сажа — продукт неполного сгорания или термического разложения углеродистых веществ. Это тонкий черный порошок, состоящий на 90% из углерода, способен воспламеняться в присутствии открытого огня. При содержании сажи в воздухе более 8% ее рассматривают как взрывоопасное вещество.

Бензапирен—полициклический ароматический углеводород. Это типичный химический канцероген первого класса опасности. Присутствует во всех компонентах окружающей среды. Может поступать через кожу и органы дыхания.

Синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ) являются распространенным и токсичным химическим загрязнителем водоемов. ПАВ образуют стойкие пены, снижают эффективность биохимических методов очистки сточных вод, прекращают рост водорослей. Токсическое действие ПАВ про­является при концентрациях в воде около 2,0 г/м³.

Сульфатное и хлоридное загрязнение — наиболее часто встречаемый вид химического загрязнения гидросферы нефтепромыслов. При утечках нефти и пластовых вод выводятся из хозяйственного использования поверхностные, подземные воды и почвенный покров.

Практика геоэкологических исследований относит к наиболее опасным для биоты химическим элементам тяжелые металлы: Hg, Be, Pb, As, Cd, Cr, Ni, Co, Se, Си. Растения избирательно накапливают эти химические элементы, а затем по трофическим цепям они попадают в организм человека.