Озон и комбинации загрязняющих веществ

Характеристика загрязнителей окружающей среды, их классификация.

Классификация загрязнителей

 

Загрязнение — это привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических или биологических агентов с концентрациями или уровнями, приводящими к негативным последствиям.

Классификация загрязнителей:

По виду материальной субстанции: вещественные и энергетические.

По происхождению: естественные и антропогенные.

Вещественные техногенные загрязнители делятся на химические (неживые) и биологические (живые организмы).

Биологические загрязнители — это случайные или связанные с дея­тельностью человека и чуждые ему, эксплуатируемым им экосистемам, технологическим устройствам растения, животные и микроорганизмы. Они являются результатом деятельности некоторых предприятий про­мышленного биосинтеза (антибиотиков, ферментов, вакцин, кормовых белков и др.).

По характеру воздействия на живые организмы выделяют хими­ческие загрязнители общетоксического и специфического действия. Первые вызывают общие, а вторые — характерные заболевания (на­пример наркотические, аллергенные, мутагенные и др.). В ряде случаев загрязнители обладают как общетоксическим, так и специфическим действием, поэтому граница между рассматриваемыми группами зачас­тую достаточно условна.

Химические загрязнители общетоксического действия

Газовые и жидкие

Оксиды азота и аммиак

Азот образует шесть соединений с кислородом: N₂О, NО, N₂О₃, NО₂, N₂О₄, N₂О₅. Как загрязнители атмосферы имеют значение лишь NО и NО₂.

Диоксид азота NО₂ — газ бурого цвета («бурый газ»), с острым запахом, ядовитый, раздра­жающе действующий на органы дыхания, легкие, поражающий сердце.

Оксид азота (II) — бесцветный газ без запаха, негорючий, слабо растворим в воде, оказывает воздействие на цен­тральную нервную систему. На воздухе NО окисляется до NО₂, его концентрация и количества, поступающие в атмосферу, обычно приво­дятся в совокупности с данными для NО₂ (как сумма NО_Х).

Концентрации других оксидов азота в атмосфере исчезающе малы.

Оксид азота (I) N₂О — безвред­ный бесцветный газ со слабыми сладковатым запахом и вкусом. Он возбуждающе действует на нервную систему, поэтому его еще называ­ют «веселящим газом». Используется в медицине для общей анестезии.

Смесь оксидов азота так же опасна, особенно в городах, где они, взаимодействуя с углеводородами выхлопных газов, образуют фотохимический туман — смог.

Вредное действие NО_X на организм основано на контакте его с влажной поверхно­стью слизистой оболочки, что приводит к образованию азотной и азо­тистой кислот и, как следствие отеку легких.

Воздействие NО_Х на растительный мир выражено слабее. При концентрации оксида азота (II) более 0,08 мг/м он задерживает рост и развитие овощных культур, снижает урожайность, портит товарный вид сельскохозяйственной продукции. Диоксид азота нарушает азот­ный обмен и фотосинтез растений.

Источником выбросов оксидов азота служат высокотемпературные процессы горения при избытке воздуха. Наибольшее содержание NО_X отмечается в выбросах котельных установок.

Аммиак NНз — бесцветный газ с удушливым резким запахом, очень хорошо растворим в воде (в одном объеме воды при 20°С рас­творяется до 700 объемов газа). Водный раствор аммиака называют нашатырным спиртом.

Помимо промышленных производств (удобрения, мочевина, азотная кислота), аммиак образуется при сжигании нечистот, в стоках коже­венных, сахарных и животноводческих комплексов.

Специфическое свойство аммиака — сильный запах, кото­рый чувствуется на расстоянии 3-5 км от крупных животноводческих и свиноводческих комплексов. При остром отравлении им наблюдаются слезотечение, сильные приступы кашля, головокружение, боли в желудке, рвота. При хроническом отравлении регистрируются значительные сдвиги высшей нервной дея­тельности, тенденция к гипотонии, тахикардия.

Интенсивность фото­синтеза и дыхания растений при высоком содержании аммиака в воз­духе снижается.

Соединения серы

 

Диоксид серы SО₂ — бесцветный газ с резким, удушливым запа­хом, хорошо растворим в воде (10,5 г/100 мл при 20°С). Уже в ма­лых концентрациях (20-30 мг/м³) он создает неприятный кисловатый вкус во рту, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательные пути. При продолжительном воздействии сернистого ангидрида развиваются бронхиты, хронические гастриты и другие заболевания, включая рак легких.

Сернистый ангидрид существенно влияет на флору. Наиболее чув­ствительны к нему леса. При содержании диоксида серы в воздухе 0,23-0,32 мг/м³ хвойные массивы усыхают за 2-3 года. При более высоких концентрациях загрязнителя даже за короткое время быстро развива­ются некроз и разрыв тканей, которые приобретают коричневую окра­ску.

Продолжительность существования диоксида серы в атмосфере в зависимости от влажности воздуха и других причин колеблется от не­скольких часов до нескольких суток. За это время он переносится на значительные расстояния, обычно 300-400 км, в некоторых случаях до 1000-1500 км. Переносу сернистого ангидрида на большие рас­стояния способствует возведение высоких дымовых труб.

Диоксид серы при растворении в воде образует существующую только в водном растворе сернистую кислоту, также обладающую ток­сическими свойствами. Кроме того, он и вторичные образованные им вещества активно корродируют металлические, цементные, бетонные и другие конструкции (сульфатная коррозия).

Техногенные источники выделения сернистого ангидрида: сжигание всех видов топлива, как правило, включающих при­меси серы, черная и цветная металлургия, цементные заводы, химиче­ская промышленность, производство целлюлозы, синтетических воло­кон и т.д.

Триоксид серы SО ₃ (серный ангидрид) — бесцветный газ, появляющийся в атмосфере, как правило, в результате окисления сернистого ангидрида под воздей­ствием следов металлов, в частности марганца, а также в присутствии озона и других окислителей. Этот газ взаимодействует с водой и ее парами, синтезируя серную кислоту, которая, в свою оче­редь, реагирует с аэрозолями металлов, образуя биологически активные сульфаты, отрицательно влияющие на организм человека. Последние повышают также мутность атмосферы. Растения при контакте с парами серной кислоты буреют, преждевре­менно теряют листву, сельскохозяйственные культуры снижают уро­жайность.

Сероводород Н₂S — бесцветный газ с запахом тухлых яиц, хорошо растворим в воде (2,5 объема газа на 1 объем воды при 20°С), обра­зует сероводородную кислоту с относительно слабыми кислотными свойствами. Газ поражает нервную систему, действует на дыхательные пути и глаза. По­следствия перенесенного острого отравления — склонность к повыше­нию температуры и ознобам, параличи, хронический менингит, желу­дочно-кишечные заболевания, воспаление легких и т.д.

Воздействуя на флору, сероводород вызывает ожоги листьев, снижает интенсивность фотосинтеза, нарушает структуру клеточных мембран.

Промышленные источники выделения сероводорода: коксохимия, производство искусственных волокон, газовые выделения угольных шахт, нефтепромыслов, нефтеперерабатывающих предприятий.

По оценкам, продолжительность жизни сероводорода в атмосфере составляет одни сутки. Для него установлено только ПДКмр.

Сероуглерод СS₂ — бесцветная жидкость с приятным запахом, час­тично разлагающаяся на свету. Продукты разложения имеют отврати­тельный запах.

Хроническое действие малых концентраций сероуглерода приводит к заболеванию центральной, вегетативной, периферической нервных систем, внутренних органов, систем крови, способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний, язвенных болезней же­лудка, вызывает непереносимость алкого­ля и т.д.

Антропогенные источники выделения сероуглерода такие же, что и для сероводорода. Концентрация его в атмосфере трудно определима.

 

Галогены

 

Из группы галогенов (хлор, фтор, бром, йод) соединения первых двух элементов наиболее масштабны по объему промышленного произ­водства.

Хлор Сl — газ желто-зеленого цвета с резким запахом, растворим в воде (2,3 объема на один объем жидкости), образует хлорную воду.

Вдыхание хлора вызывает раздражение дыхательных путей и при больших количествах приводит к летальному исходу из-за торможения дыхательных центров. При отравлении малыми концен­трациями хлора имеют место покраснение конъюктивы, нёба и глотки, бронхит, одышка, охриплость и т.д.

Хлор подавляет интенсивность фотосинтеза, тормозит рост расте­ний, снижает урожайность сельскохозяйственных культур, вызывает интенсивную коррозию строительных конструкций (металлических, бетонных, цементных).

Источники выброса хлора: титаномагниевые заводы, участки трав­ления гальванических производств, выпуск соляной кислоты, пестици­дов, органических красителей, хлорной извести, соды и т.п.

Хлористый водород НСl — бесцветный газ с резким запахом, од­но из важнейших соединений хлора, близкое к нему по токсическим свойствам. Газ великолепно растворяется в воде (до 500 объемов на один объем жидкости), образуя соляную кислоту.

При вдыхании хлористый водород раздражает дыхательные пути и вызывает удушье. При хроническом отравлении им наблюдают катар верхних дыхательных путей, разрушение зубов, желудочно-кишечные расстройства, воспалительные заболевания кожи.

Фтор F — зеленовато-желтый газ с сильным запахом, активней­ший окислитель, способный взаимодействовать даже с некоторыми инертными газами (азот, ксенон и др.)- Непосредственно фтор не реагирует только с гелием, неоном и аргоном. При соприкосновении с кожей вызывает термические ожоги, раздражает глаза и нос.

Фтористый водород НF — бесцветный газ, растворяется в воде с образованием очень сильной плавиковой кислоты, разъедающей стекло. Симптомы острого и хронического отравления носовые кровотечения, болезненность и опухоль носа, насморки, чихание, сухой удушливый кашель, бронхиты, потеря голоса и т.д.

Из других распространенных фтористых соединений к числу лету­чих относятся фтор, фтористый водород НF, тетрафторид крем­ния SiF₄ Остальные соединения — твердые вещества, хорошо или плохо растворимые в воде. К хорошо растворимым относятся фториды натрия и калия NaF, КF), гексафторсиликат натрия (Na₂SiF₆). Пло­хо растворимы фториды алюминия (А1F₃) и кальция (CaF₂ — флюорит), гексафторалюминат натрия (Na₃AlF₆).

Фтор и фтористые соединения являются одними из самых сильных ядов для растений, которые в их присутствии теряют листья и хвою, задерживают рост, замедляют цветение, снижают содержание хлоро­филла и скорость фотосинтеза, урожайность.

Соединения фтора выбрасываются в атмосферу алюминиевыми и криолитовыми заводами, при производстве фосфорных удобрений. В атмосферу обычно поступают фтористые водород и кремний, пыль фторидов натрия и калия.

Оксиды углерода

 

Оксиды углерода представлены двумя формами: монооксидом СО и диоксидом СО₂. В техногенных процессах они образуются как про­дукты неполного (СО) и полного (СО₂) сгорания углеродсодержащих топлив.

Монооксид углеродаCO — бесцветный газ без запаха и вкуса, раство­рим в воде (0,44 г/100 г Н2О).

Монооксид углерода воздействует на нервную и сердечно­сосудистую системы, вызывает удушье. Последнее обусловлено тем, что он связывает гемоглобин крови, ответственный за снабжение организма кислородом. Первые симптомы отравления (появление головных болей, человек «угорел») возникают через 2-3 ч пребывания в атмо­сфере, содержащей 200-220 мг/м³ СО.

В меньшей степени монооксид углерода токсичен по отношению к растениям, так как последние окисляют его до СО₂ Однако при кон­центрациях СО более 1,0% у них наблюдается уменьшение проницае­мости клеточных мембран, замедляются рост и дыхание, усиливается развитие корневой системы.

В природных условиях монооксид углерода хорошо поглощается некоторыми видами деревьев (клен, ольха, осина, ель), а также обо­гащенной органикой почвой, выполняющей по отношению к нему роль адсорбента.

Диоксид углеродаСО₂ — бесцветный газ кисловатых вкуса и запаха, растворим в воде (0,38 г/100 г жидкости). Не относится к числу ядовитых, является естественным компонентом воздуха, однако в больших концентрациях опасен для жизни. При содержании в рабо­чей зоне 4-6% СО₂ дыхание и пульс учащаются, появляется шум в ушах, при концентрации 10% наступает обморочное состояние, а при 20-25% полное отравление организма достигается через несколько секунд. Полагают, что он в значительной степени ответственен за явление парникового эффекта.

Диоксид углерода хорошо поглощается растениями и океанскими водами.

Озон и комбинации загрязняющих веществ

 

Озон О₃ — бесцветный резко пахнущий газ, относящийся к числу наиболее вредных загрязняющих веществ. Реакционноспособное вещество, более сильный окислитель, чем кислород.

При повышенных концентрациях озон поражает у человека органы дыхания (першение в горле, головные боли, снижение кровяного дав­ления и т.д.). Отмечается также раздражение слизистых глаз.

Озон способен модифицировать аминокислоты, изменять механизм процессов белкового обмена, уменьшать содержание хлорофилла в растениях. Он оказы­вает также сильное ингибирующее действие на процесс фиксации ди­оксида углерода в растениях.

Наиболее важным следствием воздействия озона на флору может быть снижение урожайности сельскохозяйственных культур.

Озон взаимодействует со многими органическими материалами -природными и искусственными. Особенно чувствительны к его дейст­вию эластомеры (резина), текстильные волокна и красители, краски некоторых типов.

Источниками попадания озона в атмосферу служат процессы де­зинфекции и подавления дурнопахнущих веществ, очистки промыш­ленных стоков, отбеливания тканей, органического синтеза жирных кислот, эпоксидных смол и другие технологии.

Вместе с тем наличие озона в стратосфере спасительно для чело­вечества, так как он поглощает смертельно опасное для живых орга­низмов ультрафиолетовое излучение, избыточная интенсивность кото­рого вызывает ожоги кожи и раковые заболевания.

В воздухе обычно присутствуют не индивидуальные загрязнители, а смесь газов в различных комбинациях.

Эффект, оказываемый комбинацией загрязняющих веществ, может быть либо аддитивным, либо антагонистическим, когда суммарное воз­действие ниже, чем сумма индивидуальных воздействий, либо синерги-ческим, т.е. превышающим сумму эффектов отдельных загрязнителей.

В настоящее вре­мя, в соответствии с ГН 2.1.6.695-98 «Предельно допустимые кон­центрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на­селенных мест» насчитывается 56 групп суммации.

Твердые аэрозоли

Твердые частицы, поступающие в атмосферу вместе с газовыми выбросами, обычно представляют аэрозоли, являющиеся типичными коллоидными или близкими к ним системами (дымами и пылями), оказывающими определенное вредное воздействие на организм челове­ка и окружающую среду, сопоставимое с эффектами газовых и жидких загрязнителей.