Шкідливі речовини в навколишньому середовищі

Наслідки забруднення хімічними речовинами залежать від масштабів і тривалості надходження забруднювачів у навколишнє середовище. Істотний вплив має хімічна природа забруднювачів. Наслідки також залежать від об’єкту забруднювання, пори року, існуючих природних і метеоумов.
Екотоксикологія може запропонувати певну класифікацію речовин-забруднювачів, класифікувати ступінь небезпеки технологій та  аварійних ситуацій.
Створення банків подібної інформації дозволило б розробити адекватне законодавство з метою виключення небезпечного впливу на людину, фауну, флору.
На забруднення атмосферного повітря виражений вплив створюють метеофактори, у зв'язку із сезонною зміною тиску та інверсією температури відбувається перерозподіл хімічних речовин, вони можуть накопичуватися в нижніх приземних шарах атмосфери. Узимку - це сажа, пил, NOх, SO2.
Ступінь токсичності стічних вод, що надходять у водойми, залежить від ряду факторів, у тому числі і від сольового складу води. Встановлено зворотну кореляцію між твердістю води і токсичністю металів. Чим менш солона вода, тим вища токсичність металів, що перебувають у ній. У твердій воді зниження активності пов'язане з чинниками співосаджування, важкі метали захоплюються донними відкладеннями, але і у такій формі вони є потенційно небезпечними джерелами забруднення - дія мікроорганізмів і зміщення рівноваги осад-вода спричиняє перехід важких металів у воду,  вони будуть надходити в різні ланки трофічних ланцюгів, тому до стічних вод, що містять важкі метали, необхідно пред'являти високі гігієнічні вимоги, особливо якщо вода м'яка.
Промислові викиди, що забруднюють повітря і воду призводять до забруднення ґрунту. У ґрунті накопичуються пестициди, гербіциди, а на територіях, що межують з промисловими підприємствами спостерігається надлишкова кількість небезпечних хімічних речовин (меркурій, плюмбум, кадмій, арсен, купрум, магній). Так у Японії на 50% території виявлено вміст 78 хімічних сполук, нехарактерних складу ґрунту та водойм. Передбачається, що з часом вся територія Японії буде покрита шкідливими речовинами.
Встановлено, що забруднення середовища навколо промислових підприємств формує штучні геохімічні зони, здатні стати джерелом надходження ксенобіотиків до організму людини.

Закономірності поведінки хімічних речовин у навколишньому середовищі.

Поводження хімічних речовин у довкіллі значною мірою визначається розчинністю, тиском парів, коефіцієнтом розподілу, абсорбцією, вимиванням, випаровуванням. Від розчинності залежить розподіл хімічних речовин у навко-
лишньому середовищі, фактично концентрування або розведення до недіючих концентрацій.
При оцінці рівнів рівноважного тиску парів або твердих речовин, що перебувають у повітрі, необхідно враховувати небезпеку не тільки від летких, що мають високий рівноважний тиск пари, але всіх високотоксичних речовин у силу їх токсикологічної небезпеки і ступеня персистентності в природі. Часто буває корисним знання коефіцієнтів розподілення  масло-вода, але таких відомо небагато.
Для висновків про міграцію речовини в навколишньому середовищі важлива наявність  даних про її адсорбцію. Зрештою, більшість  промислових викидів і сільськогосподарських хімікатів опиняється у ґрунті, де ступінь адсорбції речовини буде значно впливати на його міграцію. Адсорбція завжди супроводжується десорбцією. Підвищення температури приводить до підвищення тиску парів речовини в приземному шарі атмосфери. Від рівня температури залежить швидкість випаровування речовини з ґрунту, десорбція, дифузія і міграція до поверхні ґрунту, швидкість виносу води тощо. Найнижчі тиски парів відзначені над ґрунтами з високим вмістом органіки.
Важливим елементом поводження хімічних речовин є їх трансформація в природних умовах, в основному під дією ультрафіолету, вологості, кисню. Найбільш жорстка частина ультрафіолетового випромінювання фільтрується в атмосфері. Але навіть енергії тієї частини спектру (λ > 290 нм) що надходить достатньо для розриву хімічних зв'язків в органічних сполуках, руйнується навіть ДДТ. Але речовини можуть перебувати  і у світлозахищених умовах (глибинні шари ґрунту). Разом з тим у ґрунті діють мікроорганізми, що виявляють здатність трансформувати деякі типи сполук (перетворюють ртуть у високотоксичну метил-меркурій), що становить значну екологічну проблему. Органічні речовини, що містять меркурій найбільш токсичні, відносяться до класу кумулятивних отрут.
 В навколишньому середовищі уваесь меркурій метилюється і саме в такому вигляді перебуває в живих організмах. ДДТ - не менш серйозна проблема. Його метаболізм відбувається по двох шляхах:
•    ДДТ перетворюється в ДДД, що швидко руйнується;
•    ДДТ перетворюється в ДДЕ, який має дуже високу стійкість в довкіллі, що є небажаним.
Циркуляція стійких органічних речовин має глобальний характер і вони впливають на перебіг біопроцесів не тільки на місцевому, а і на планетарному рівні. Одночасно виявляється, що негативні наслідки застосування пестицидів мають відносно другорядний характер (2% отруєнь від їх загального числа). Але необхідно враховувати небезпеку пестицидів, як і інших хімічних речовин,
незважаючи на те, що вжиті заходи по обмеженню застосування хімічно стій-ких речовин привели до поліпшення санітарно-гігієнічної ситуації.

Розподіл хімічних речовин в навколишньому середовищі

Хімічні речовини здатні поширюватися на значні відстані від джерела забруднення. Потрапляючи в атмосферу, наприклад, вони довго можуть подорожувати з потоками повітря в середовищі перебування людини. У свою чергу, конденсація газів і парів приводить до утворення крапельно-рідких і твердих часток. У результаті хімічні  речовини розпорошуються на значних територіях, осідають на ґрунт, рослини, поверхню води. Такі як SO2 і вуглеводні утворюють аерозолі, що можуть утримуватися в атмосфері від 2-х днів до 2-х тижнів. У процесах осадження з атмосфери за рахунок опадів і туманів випадає до 20% аерозолів. Радіоактивні аерозолі можуть існувати в зоні помірного клімату 3-22 дні (у середньому 1 тиждень). З аерозолями реагують гази (NH3+H2SO4; HNO3+NaCl; O3+органічні речовини – утворяться нові речовини: солі). Утворення аерозолів відбувається як у тропосфері, так і у стратосфері. Встановлено, що стратосферні аерозолі -  це сульфати, які утворюються з SO2.
Характер процесів транспорту і розсіювання хімічних речовин пов'язаний головним чином з рухом атмосфери. У північній півкулі домінують західні вітри. На границі тропосфери і стратосфери швидкість вітру приблизно 35 м/с, тому термін  кругосвітньої  подорожі речовини становить 12 днів.
Час життя не осаджених аерозолів на висоті до 3-х км - 7 днів, 6 км - 30 днів, 15 км - 1рік, 30 км - 2 роки.
Опади - шлях повернення атмосферних забруднювачі в ґрунт і воду, водна ерозія ґрунтів теж сприяє надходженню забруднювачів у гідросферу. Великий інтерес представляє знання характеру розподілу в довкіллі пестицидів, ПАР, важких металів. Сьогодні відомо більше 10000 пестицидів, їх відповідно до призначення поділяють на 14 груп:
1.    Інсектициди (комахи);
2.    Гербіциди (рослини);
3.    Фунгіциди (грибкові);
4.    Специфічні зооциди: родентициди (гризуни); моллюсициди (равлики); нематоциди (мікроскопічні черви);
5.    Акарициди (кліщі);
6.    Фуміганти (знищення шкідників і збудників хвороб);
7.    Бактерициди (протравлення насіння від одноклітинних);
8.    Арборициди (для бур'янистої деревини й чагарників);
9.    Альгициди (водорості);
10.    Лаврициди (гусениці);
11.    Іхтіоциди (бур'янисті риби);
12.    Хемостерилізатори (викликають безплідність тварин);
13.    Атрактанти для комах(приваблюють);
14.    Репеленти (відстрашують).
За хімічною структурою пестициди відносять до хлор-, фтор-, органічних сполук, що містять меркурій, нітрофенолів, карбаматів. За своїми токсичними властивостями і хімічною стійкістю (від цього залежить потенційна небезпека забруднення довкілля) вони значно відрізняються, навіть у межах першого класу:
•    Нестійкі - зберігаються в природі 1-12 тижнів.
•    Середньостійкі - зберігаються в природі 1-18 місяців.
•    Стійкі - зберігаються в природі більше 2-х років.
Для прогнозування забруднення важливе значення має пружність пари і розчинність пестицидів. Тривалість циркуляції пестицидів залежить від кліматогеографічних факторів і умов регіону (тип ґрунту, сорбційна здатність ґрунту, наявність органіки тощо). При будь-яких методах сільськогосподарської хімічної обробки, дефенитивним (останнім) резервуаром зберігання пестицидів стає вода. Для стійких пестицидів встановлені прямі і непрямі шляхи забруднення води. Прямий шлях - безпосереднє внесення у воду пестицидів для боротьби із шкідниками та бур'янами, непрямий - дренажні системи.
Всі пестициди в природі розкладаються з тією або іншою швидкістю під дією фізичних, хімічних і біологічних факторів.
Можна визначити наступні варіанти надходження хімічних речовин в організм людини:
•    Ґрунт → людина. При виконанні польових робіт за умови недотримання техніки безпеки або просто у польових умовах.
•    Ґрунт → атмосферне повітря → людина. Можливо через випаровування і співвипаровування пестицидів, а також сублімації хімічних речовин з ґрунту в атмосферу.
•    Ґрунт → підземні води → людина. Така міграція спостерігається при внесенні пестицидів на поверхню ґрунту, а згодом вони вимиваються опадами в більш глибокі шари, де досягають ґрунтових і підземних вод, які часто використовуються людиною як питні джерела.
•    Ґрунт → відкрита водойма → людина. З дощовими і талими водами пестициди змиваються у водойми, які часто використовують  як централізовані джерела водопостачання.
•    Ґрунт → рослинні продукти харчування → людина. Пестициди або їх вторинні продукти всмоктуються рослинами, з яких виробляються продукти харчування.
•    Ґрунт → рослина → тварина → людина. Рослини, що нагромадили хімічні речовини поїдаються тваринами. Шкідливі речовини можуть акумулюватися в організмі тварини і так дістатися до людини.
З огляду на закономірності міграції хімічних речовин у навколишньому середовищі, особливого значення набуває охорона ґрунту і води від антропогенного забруднення.


Охорона ґрунту і води від забруднення хімічними речовинами

Охорона ґрунту пов'язана з його особливостями як біологічного середовища. Ґрунт  -  малорухоме середовище,  процеси міграції в якому значно повільніші, ніж у воді або повітрі. Важливе значення має здатність ґрунту накопичувати речовини. Стан ґрунту може створювати, хоча непрямий, але виражений вплив на стан здоров'я багатьох наступних поколінь. Ґрунт, як складне природне утворення, забезпечує протікання ряду важливих біопроцесів, що визначають якість основних джерел водопостачання, тому що хімічні речовини, які перебувають у ґрунті, надходять в ґрунтові і підземні води. За складом природних вод можна оцінювати склад ґрунту. Якщо в ґрунт надходять екзогенні речовини, то вони виявляються в ґрунтових водах, але концентрація у воді буде залежати від концентрації і стійкості цих речовин у ґрунті.
Джерела забруднення ґрунту: атмосферні викиди промислових підпри-ємств, найбільша кількість яких осідає на невеликих відстанях, що відбивається на хімічному складі рослин і небезпечно для здоров'я людей і тварин. Одним з найбільш значущих факторів є викиди купруму (викиди мідеплавильних заводів). При вмісті купруму більше 3мг/кг пригнічується здатність ґрунту до самоочищення, різко зменшується чисельність мікроорганізмів у ґрунті, погіршується харчова цінність рослин і знижується їх загальна стійкість. У цих же викидах міститься до 60% оксидів феруму, до 4% сполук арсену, меркурію, плюмбуму, цинку, що збільшує небезпечність  викиду. За даними Д. Н. Нікітіна (1977) навколо підприємств нерідко створюються зони, ґрунти яких сильно забруднені хімічними речовинами. Відомо, що в районах суперфосфатних і ртутних комбінатів вміст меркурію і плюмбуму навіть на відстанях 5 км становить 2-3 ГДК, відзначається присутність арсену. Високу небезпеку становить селен. Спостерігається специфічний вид хвороб рослин і тварин, які називаються селеновими токсикозами. Небезпечними для довкілля є викиди цементних заводів, особливо за вмістом  силіцію. Спалювання вугілля призводить до утворення великих кількостей золи, вона викидається в повітря, а згодом осідає на ґрунт. Зола містить значну кількість забруднюючих ґрунт речовин, які включаються в різні міграційні процеси: ґрунт → вода → людина, ґрунт → рослина → людина тощо. У той же час у ґрунті є умови для трансформації хімічних забруднень у нешкідливі для людини і корисні для рослин речовини. Процеси самоочищення ґрунту будуть працювати ефективно, якщо ґрунт не перевантажений промисловими відходами. Нагромадження токсикантів у ґрунті відбувається швидше, ніж у воді та повітрі. Забруднення ґрунту погіршує водно-повітряний і мікробіологічний режим, але специфічна біоактивність мікроорганізмів у ґрунті мало досліджена в умовах забруднення. Міграція хімічних сполук у глиб ґрунту теж відбувається з різною швидкістю (Cu, Zn, Pb залишаються на поверхні, а Ni, Cr, Se, Hg надходять у глибинні шари). Найбільша кількість відходів утворюється на хімічних, машинобудівних, металургійних підприємствах, що залежить  від технології виробництва. З огляду на високу екологічну небезпеку промислових відходів,  їх знешкодження і поховання слід робити в умовах, що виключають заподіяння санітарної шкоди ґрунту.
Охорона водойм регламентується багатьма нормативними документами по забрудненню водойм. Водойми, забруднені скидами промислових, господарських і фекальних вод непридатні для водопостачання. При забрудненні водойми утворюються донні шлами, припиняється надходження кисню з повітря, що призводить до загибелі гідробіонтів, розвиваються патогенна фауна та флора,  водойма стає небезпечною в епідеміологічному відношенні. Тому стічні води піддаються ступінчастому очищенню різноманітними методами на локальному і загальноміському очисних комплексах.



30.08.2013 manyava 0

ТОП користувачів