Химия и экологические проблемы

Международный Фестиваль «Звезды Нового Века» - 2013
Естественные науки (от 14 до 17 лет)
Научно-исследовательская работа на тему:
«Химия и экологические проблемы
окружающей среды»
Выполнила: Коннычева Наталья 17 лет
ученица 11 класса
МОБУ «НСОШ№1»
п. Новосергиевка Оренбургской области
2013
2
Содержание
Введение………………………………………………………………………………………………… 3 стр.
Химия и экологические проблемы окружающей среды …………......................5 стр.
1. Антропогенные загрязнения. Виды загрязнителей и степень их
воздействия на окружающую среду……………………………………………………. ....5 стр.
1.1. Химическое производство и энергетика………………..................................5 стр.
2. Химико-экологические проблемы и охрана окружающей среды...........7 стр.
2.1. Химико-экологические проблемы и охрана атмосферы……………...7 стр.
2.2. Химико-экологические проблемы и охрана стратосферы.....….........11 стр.
2.3. Химико-экологические проблемы и охрана гидросферы и
литосферы…………………………………………………………………...12 стр.
2.4. Вредное влияние окружающей среды на здоровье человека…………………. .13 стр.
Заключение……...…………………………………………………………..17 стр.
Список использованной литературы …………………………………….. 18 стр.
Приложения.......................……………………………………………….....19 стр.
3
Введение
В настоящее время, в период после перехода России к рыночной
экономике, природопользование в целом и охрана окружающей среды, в
частности, находятся в глубоком кризисе.
Научно-технический прогресс, социальные и экономические регалии,
химическая и экологическая безграмотность значительной части населения, и
потребительское отношение к природе привели к тому, что равновесие между
природой и обществом оказалось нарушенным. В настоящее время в эпоху
глобального экологического кризиса проявлениями этого служат: опасное
загрязнение окружающей среды, истощение природных ресурсов, исчезновение
многих видов растений и животных, ухудшение здоровья и распространение
опасных заболеваний среди людей. Глобальные экологические проблемы – это
истощение озонового слоя, усиление парникового эффекта и связанное с ним
потепление климата Земли. Стали более интенсивными губительные для жизни
кислотные дожди, деградация плодоносных земель, белковый голод и дефицит
энергетических ресурсов. Все эти и другие проблемы, жизненно важные для
человека и биосферы, возникли при активной, но неразумной хозяйственной
деятельности самого человека, нарушавшей равновесие в природе. Однако эти
проблемы ещё потенциально разрешимы при условии сознательного отношения
человека к природе. Проблема равновесия между природой и обществом
оказалась интересной и актуальной для меня и моих одноклассников. В ходе
анкетирования (23 человека) на вопрос: «Что вы знаете о химикоэкологических проблемах окружающей среды?» положительный ответ был
получен от 10 человек. На вопрос: «Влияют ли экологические факторы на
здоровье человека?» - получены единогласные ответы. Поэтому мы решили
собрать необходимую информацию, выполнить исследовательскую работу на
тему: «Химия и экологические проблемы окружающей среды».
Изучая литературу, я пришла к выводу, что знания людей в этой
области довольно обширны. Но, несмотря на большое количество информации,
многие вопросы нам предстоит разработать детально. Отсюда вытекает
несколько противоречий:
- между необходимостью теоретических знаний в этой области и их
недостаточностью;
- между необходимостью навыков исследовательской деятельности и их
отсутствием;
- между
потребностью владеть экологическими знаниями
и
отсутствием экологической культуры.
Актуальность нашего исследования определяется его научным
значением, связанным с химико-экологическими проблемами и охраной
окружающей среды, антропогенными загрязнениями, личностно-значимыми
мотивами, прикладным значением, связанным с разработкой и реализацией
методов определения предельно допустимых концентраций веществ в воде,
продуктах растениеводства.
4
Цель моей исследовательской работы: исследование
химикоэкологические проблем и основных направлений защиты окружающей среды,
влияния загрязнений на здоровье человека.
Объект исследования: химико-экологические проблемы окружающей
среды.
Предмет исследования: антропогенные загрязнения, степень их
воздействия на окружающую среду.
В соответствии с целью и предметом исследования была выдвинута
гипотеза: «Если знать, как антропогенные загрязнения влияют на природу, то
можно разумно обезопасить себя от содержания и накопления их в
окружающей среде».
Адекватно цели, объекту и предмету исследования были сформулированы
основные задачи исследования:
– Проанализировать научно-методическую литературу по данной
проблеме.
– Выяснить влияние антропогенных загрязнений на растения и организм
человека.
– Определить меры, способствующие охране окружающей среды.
– Разработать рекомендации по возможному уменьшению содержания
веществ – загрязнителей в окружающей среде.
– Создать
буклеты на тему:
«Химия и экологические проблемы
окружающей среды».
Этапы работы:
1. Изучение литературы по проблеме.
2. Исследование влияния антропогенных загрязнений на окружающую
среду.
3. Выработка рекомендаций по решению химико-экологических проблем
и охраны окружающей среды.
В ходе исследовательской работы были использованы следующие методы:
1. Теоретический (анализ и синтез данных литературы по проблеме
исследования).
2. Эмпирический (анкетирование, наблюдение, беседа).
3. Метод качественного и количественного анализа экспериментальных
данных (статистическая обработка результатов).
4. Экспериментальный (проведены химические эксперименты).
5. Практический (выпущены буклеты).
5
Химия и экологические проблемы окружающей среды
1. Антропогенные загрязнения. Виды загрязнителей и степень их
воздействия на окружающую среду
Большой вред окружающей среде наносит воздействие различных
загрязнений. По своей породе загрязнения делятся на физические, химические,
биологические. В зависимости от источников загрязнений они могут быть
естественными и антропогенными, вызванные человеческой деятельностью в
окружающей среде. Степень их воздействия на живые организмы зависит от
токсичности и устойчивости загрязнителей.
 Физические загрязнения: электромагнитные, радиоактивные, шумовые,
тепловые.
 Химические загрязнения: отходы и выбросы химических производств,
бытовые отходы, вещества – загрязнители (поллютанты) и др.
 Биологические загрязнения: загрязнение окружающей среды живыми
организмами (бактериями, микробами, насекомыми, растениями и др.) и
продуктами их жизнедеятельности, сельскохозяйственные отходы.
 Естественные загрязнения вызываются природными процессами
(стихийные бедствия, естественные экологические процессы – выветривание
горных пород, геохимические круговороты веществ и др.)
 Антропогенные загрязнения –
это результат хозяйственной
жизнедеятельности:
энергетика,
транспорт,
химическое,
нефтеперерабатывающее и другое производство, сельское хозяйство,
коммунально–бытовые комплексы, потребительское отношение людей к
природе и т.д.
Основной причиной загрязнения окружающей среды является
антропологический фактор – активная, но не всегда целесообразная
деятельность человека. В настоящее время в процесс производства вовлечена
практически вся биосфера. Параллельно с научно – техническим прогрессом
возрастает интенсивное использование полезных ископаемых (лесов, угля,
нефти, газа, воды, полезных ископаемых и др.). При этом нерациональное
природопользование ведёт к загрязнению окружающей среды, истощению
ресурсов, эрозии почвы.
1.1.
Химическое производство и энергетика
Окружающую среду активно загрязняют отходы, выбросы и продукты
химических производств.
Существуют разные источники химических загрязнителей окружающей
среды: источники металлических токсикантов (Hg, Pb, и др.) и
неметаллических загрязнителей воздуха (NO2 и другие оксиды азота, SO2, H2S и
прочие вещества), выбрасываемые сернокислотными и металлургическими
заводами, процессы сжигания природного газа и т.д. К загрязнителям
окружающей среды относятся многие продукты химических производств:
6
хлорорганические соединения (ДДТ и др.), фосфорорганические (карбофос,
хлорофос и др.), активные вещества, фенол, неорганические соединения ртути.
Причины производственного загрязнения окружающей среды состоят в том,
что ряд химических производств использует уже морально устаревшие
технологии. В их работе не всегда соблюдаются допустимые технологические
режимы и предельно допустимые концентрации выбросов, неэффективно
работают очистительные сооружения. Часто непродуманным нерентабельным
является размещение производств и использование сырья и энергии. Главным
источником разрушительных для природы процессов – экстенсивный путь
развития производств, технократическое мышление людей.
Экологические проблемы, обусловленные химическими производствами
можно разделить на три группы:
- загрязнение окружающей среды из-за несовершенства технологий и
оборудования, несоблюдение режимов химико-технологических процессов и
связанных с этим отходов, аварий, выбросов;
- загрязняющее воздействие продуктов производства при их
транспортировке и производственном и бытовом использовании;
- проблема утилизация промышленных и бытовых отходов.
Вместе с тем, важно обратить внимание на то, что химическая природа
возникновения многих экологических проблем, широкое участие химии в
разных областях жизни часто делают её в глазах людей главной виновницей
загрязнения окружающей среды и ухудшения здоровья населения, вызывая
боязнь ко всему химическому (хемофобию) и убежденность многих людей, что
химия – основной источник экологических бед.
Обвиняя химию и химические производства, и их продукты в загрязнении
окружающей среды, люди забывают о двойственной роли химии и химической
промышленности. С одной стороны, химические производства загрязняют
окружающую среду своими отходами, выбросами, опасными продуктами
производства. С другой стороны, наука и химическая промышленность,
используя уникальную возможность синтезировать вещества, не существующие
в природе, создают средства защиты окружающей среды и здоровья человека,
средства утилизации отходов. Решается проблема вторичной переработки
бытовых отходов, замены опасных, но важных (для промышленности,
медицины, сельского хозяйства и других отраслей) веществ более безопасными.
Атомная энергетика загрязняет окружающую среду радиоактивными
изотопами (радионуклидами), являющимися источником опасного для человека
ионизирующего излучения. При этом нормально работающие АЭС дают
добавку к общему радиационному фону лишь 0, 01%, в то время как
теплоэнергетика даёт основную массу загрязнителей и является экологически
более неблагополучной. Ещё более чистыми являются аккумуляторы солнечной
энергии и ветровые микроэлектростанции, но они не могут удовлетворить
потребности в электроэнергии.
7
2. Химико-экологические проблемы и охрана окружающей
среды
Мы живём в биосфере Земли. Биосфера – особая оболочка Земли,
представляющая собой совокупность живых организмов, её образующих. Она
связана с атмосферой, гидросферой и литосферой. Эту взаимосвязь живой и
неживой природы, биогеохимическое содержание установил великий учёный
В.И. Вернадский.
Биосфера – это среда обитания, распространения и взаимодействий живых
существ с неживой природой и между собой.
Основную роль на этих поверхностях раздела и в самой биосфере играют
химические элементы: H, C, N, O, S, P, F, Cl, Al, Si. Первые пять элементов
органогены.
Биосфера не только среда, но и продукт жизни. Это подтверждает
взаимосвязь живого и неживого в биосфере. Рассмотрение экологических
проблем требует интеграции научных знаний химии и биологии, геофизики,
географии, социологии и других научных дисциплин.
Химия не остаётся безучастной к биосфере. Продуктами химических
производств и другой антропогенной деятельности загрязняются и очищаются
разные её компоненты (атмосфера, литосфера и гидросфера). Большое влияние
на их химическое загрязнение оказывает и природное явление, в том числе и
круговорот веществ в природе. (Приложение 1).
2.1.
Химико-экологические проблемы и охрана атмосферы
Атмосфера – это газовая оболочка, окружающая землю, «легкие» нашей
планеты. Её нижний слой (до высоты 8 – 12 км.), где в основном формируется
климат земли, называется тропосферой. Мы живём на дне воздушного океана в
тропосфере. Воздух – это многокомпонентная система.
Постоянные компоненты воздуха – азот (78,1%), кислород (20,9%), аргон
(0,93%), а также CO2 (0, 03%) и некоторые другие газы.
К переменным компонентам воздуха относятся: водяной пар, следы
некоторых атмосферных веществ (озон, вещество биологического и
геохимического происхождения, токсичные и ядовитые вещества – продукты
антропогенного происхождения). Водяной пар является важной составляющей
воздуха. Распределение пара в приземном слое воздуха зависит от времени
года, климата, высоты и географического положения местности.
Атмосфера способна к самоочищению и самовосстановлению. Вещества,
поступающие в атмосферу естественным путём (продукты жизнедеятельности
бактерий и водорослей, вулканические извержения и др.) выводятся из неё
благодаря
динамическому
равновесию
в
биосфере.
Газообразные
промышленные и другие антропогенные выбросы, приводящие к
сверхнормативному поступлению в атмосферу газов, ведут к нарушению
динамического равновесия, к возникновению экологических проблем.
8
Основными источниками загрязнения атмосферы являются:
 производства по выработке электроэнергии и ТЭЦ, основанные на
сжигании угля, природного газа, нефти.
 производства неорганических веществ и металлургии, промышленный
неорганический синтез;
 транспорт;
 коммунально–бытовой сектор (бытовые сбросы, канализация и др.);
 сельское хозяйство.
Ежегодно в атмосферу сбрасывается 2,3 млрд. тонн вредных примесей:
CO (48,5%), оксиды азота NO, NO2 (15%), SO2 (14,9%), твёрдые частицы
(13,6%), углеводороды (8%). Доля промышленных выбросов составляет 14%,
транспортных – 44%, тепловых – 20%, продуктов сжигания мусора – 5%,
отходов сельского хозяйства и других источников – 17%. Следствием
указанных загрязнений являются серьёзные экологические проблемы.
Важнейшие экологические проблемы атмосферы: образование смога
(токсичного и фотохимического); загрязнение атмосферы токсикантами;
кислотные дожди; разрушение озонового слоя; парниковый эффект.
Смог (от латинского smoke – дым, курение, fog – туман) – это
совокупность газообразных, жидких и твёрдых компонентов, образующих
токсичный аэрозоль (туман, дым) в приземном слое атмосферы.
В зависимости от состава загрязнения токсический и фотохимический
смог.
Токсический смог – это смог, вызванный повышенной концентрацией SO2 в
атмосфере. Главным источником SO2 являются: ТЭЦ; газовые выбросы
металлургических производств; производство целлюлозы сульфитным
методом.
Накопление SO2 в воздухе сопровождается образованием серной и
сернистой кислот, которые при высокой влажности притягивают к себе
частицы сажи и пыли, образуя густой туман, называемый токсичным смогом.
Его ещё называют «лондонский смог» в память о трагедии 1952г., когда в
Лондоне от него погибли 3200 человек. Токсический смог особенно опасен для
людей, страдающих заболеваниями органов дыхания, усиливает заболевание
бронхитом. Основной вред окружающей среде наносят процесс окисления SO2
в SO3 и образующиеся из них в атмосфере H2SO4 и H2SO3¸ которые являются
причиной выпадения кислотных дождей.
Фотохимический смог – это смесь образуемых посредством окислительновосстановительных реакций веществ (углеводородов, альдегидов, оксидов
азота, кислорода и озона) и вредных выбросов от работы транспортных средств.
Взаимодействие этих веществ под действием солнечной радиации ведёт к
образованию высокотоксичных соединений, объединяемых общим названием
пероксиацилнитраты (ПАН). Они вызывают сильное раздражение дыхательных
путей и глаз, так как при контакте с водой образуют различные кислоты и
активные радикалы, которые при соприкосновении с живыми тканями
повреждают их.
9
Причиной фотохимического смога является резкое увеличение количества
транспортных средств в больших городах. Его образованию способствуют:
интенсивное солнечное излучение; концентрация в воздухе выхлопных газов,
содержащих оксиды азота, углеводороды и их производные; наличие в
приземном слое атмосферы застойной зоны и отсутствие ветра, которые
препятствуют рассеиванию смога (Приложение 2).
Сохранение смоговой ситуации в течение длительного времени повышает
заболеваемость и даже смертность прежде всего у детей и пожилых людей.
Смог губительно действует на растительность, усиливает коррозию металлов,
разрушение резины и других металлов. Кроме того, на дорогах ухудшается
видимость, что связано с присутствием в атмосфере аэрозольных частиц.
Одним из путей очищения атмосферы от смога является взаимодействие
аэрозольных частиц с парами воды и пылью, что приводит к их агрегации и
осаждению.
Кислотные дожди – одна из наиболее тяжёлых форм загрязнения
окружающей среды, которую называют опасной болезнью атмосферы.
Причиной их образования является наличие в атмосфере паров воды и
загрязняющих веществ: оксидов серы и азота, а также хлороводорода,
являющегося газообразным отходом химических производств и сжигания
пластмасс, содержащих хлор (поливинилхлорида). Образующиеся в атмосфере
растворы кислот выпадают в виде кислотных дождей, рН которых достигает 2 и
3, что соответствует кислотности сока лимона.
Особенностью кислотных дождей является то, что их выпадение может
происходить через несколько дней в сотнях и тысячах километров от источника
загрязнения. Так, кислотные дожди, зародившиеся в Германии и Англии, идут в
Скандинавии.1
Главные кислотообразующие выбросы в атмосферу – диоксид серы SO2
(сернистый газ) и оксид азота NOx (оксид азота NO, диоксид азота NO2 и др.).
Сера содержится в таких полезных ископаемых, как уголь, нефть, железные,
медные и другие руды; одни из них используют как топливо, другие
направляют с целью переработки на предприятия химической и
металлургической промышленности. При переработке, в частности, при обжиге
руд, сера переходит в химические соединения, например, в сернистый газ оксид серы (IV). Образовавшиеся соединения частично улавливаются
очистными сооружениями, но основная масса выбрасывается в атмосферу.
Соединяясь с парами воды, предварительно окисленный оксид серы (IV)
образует серную кислоту:
2SO2 + O2 → 2SO3
SO3 + Н2O → Н2SO4.
В большинстве антропогенных выбросов преобладают оксид серы (IV) и
сульфаты. Сульфаты выделяются при сжигании топлива и в ходе таких
_______________________
Универсальный справочник школьника. 5-11 класс. Учебное пособие нового типа: Книга 1.// Под редакцией дра пед. наук, проф. Воронцовой В.Г., д-ра пед. наук, проф. Элиасберг Н.И. – СПб.: ИД «Весь», 2004. – 654.
1
10
промышленных процессов, как нефтепереработка, производство цемента и
гипса, серной кислоты.
Из природных источников серосодержащих соединений важную роль
играют биогенные выбросы из почвы и продукты жизнедеятельности растений.
При извержениях вулканов преобладают оксид серы (IV), в меньшем
количестве в атмосферу поступают сероводород, а также сульфаты в виде
аэрозолей и твердых частиц. Ежегодно во всем мире в результате
вулканической деятельности выделяется 4 - 16 млн. тонн соединений серы (в
пересчете на SO2).
Азот содержится в топливе многих видов ископаемых, например, в угле и
нефти. Из антропогенных источников выделяется около 93% оксида азота,
главным образом в виде оксида азота (II), который в результате химических
реакций в атмосфере превращается в оксид азота (IV), который и образует с
водой азотную кислоту:
2NO + O2 → 2NO2, ЗNO2 + Н2O → 2НNO3 + NO
Летучие органические соединения, в отличие от оксидов серы и азота,
поступают в атмосферу, главным образом, из природных источников  65% от
общего количества. Основной источник этих веществ — растения, в результате
жизнедеятельности которых образуются сложные органические соединения.
Дополнительный источник суммарных антропогенных выбросов оксидов
азота в атмосферу – сельское хозяйство, интенсивно использующее химические
удобрения, в первую очередь содержащие соединения азота. Вклад этой
отрасли мирового хозяйства в загрязнение атмосферы оксидами азота учесть
трудно. По некоторым данным, поступление оксидов азота в атмосферу с
сельскохозяйственных полей сопоставимо с промышленными выбросами.
Существует два вида кислотных дождей, которые пока не отслеживаются
мониторингом атмосферы. Находящийся в атмосфере хлор (выбросы
химических предприятий; сжигание отходов) при соединении с метаном
(источники поступления метана: антропогенный – рисовые поля) образуют
хлороводород, хорошо растворяющийся в воде с образованием аэрозолей
соляной кислоты.
Очень опасны выбросы фтороводорода (производство алюминия,
стекольное), который хорошо растворяется в воде, что приводит к появлению в
атмосфере аэрозолей плавиковой кислоты.
Таким образом, основными компонентами кислотных дождей являются
серная и азотная кислоты. Вместе с тем, определенную часть их могут
составлять хлороводород и фтороводород.2
Парниковый эффект характеризуется общим потеплением климата,
вызванным насыщением верхних слоёв атмосферы углекислым газом в
результате сжигания углеводородов, а также самими углеводородами (особенно
лёгкими) при газо- и нефтедобычи, разрыве газопроводе и т.д.
_____________________
2
Заиков Г.Е., Маслов С.А., Рубайло В.Л. Кислотные дожди и окружающая среда. М.: Химия, 1991. 142 с.
11
Загрязнение атмосферы другими поллютантами – это выбросы
автомобильного
транспорта
(CO,
углеводороды,
тетраэтилсвинец),
металлургических и целлюлозно-бумажных комбинатов (H2S, NH3 и др.).
Одним из опаснейших токсикантов, выбрасываемых в атмосферу,
автомобилями является CO, который активно взаимодействует с гемоглобином
крови, увеличивает число лёгочных и раковых заболеваний, особенно если его
количество значительно превышает ПДК. Вместе в выхлопными газами
автомобилей в атмосферу попадают частички свинца и его оксидов,
образуемых при сгорании органических соединений свинца (тетраэтилсвинец),
добавляемых в бензин для повышения его октанового числа. Попадая в виде
аэрозолей в организм, свинец и его соединения являются источником
онкологических заболеваний, поэтому в ряде стран запрещено выращивать
сельскохозяйственные культуры вблизи шоссейных дорог. (Приложение 3).
В целях защиты атмосферы от поллютантов на предприятиях,
загрязняющих окружающую среду, вводятся новые безотходные технологии,
устанавливаются очистители выбросов. Большие требования предъявляются к
состоянию автомобильного транспорта и его эксплуатации, а также к чистоте
бензина и смазочных материалов. Во многих странах переходят на экологичные
виды транспорта, например, электромобили и гелиомобили и др. Важным
является установление и требование соблюдения стандартных норм выбросов.
(Приложение 3). Автомобильные выхлопы и их перспективы. Страны Западной
Европы ввели с 1993 г. вслед за США и Японией настолько жесткие
экологические нормы для автомашин, что использование из без систем очистки
выхлопов становится просто невозможным. Примером такого экологического
контроля является штат Калифорния в США, где в 1975 г. ввели нормы,
требующие обязательного применения нейтрализаторов для автомобильных
двигателей, обеспечивающих «чистый» выхлоп.
2.2.
Химико-экологические проблемы и охрана стратосферы
Стратосфера – это верхняя граница атмосферы, озоновый слой которой
играет важную роль в предохранении живых организмов от ультрафиолетовой
радиации. Однако, в последние годы нарушение его целостности влиянием
антропологического фактора привело к истощению озонового слоя.
Ещё в 1985 году английские учёные сообщили о катастрофическом
истощение озонового слоя над Антарктидой. В октябре 1987г. было
зафиксировано почти критическое истощение озонового слоя. Подобная
ситуация была отмечена осенью 1989г., причём снижение концентрации озона
наблюдалось над всей территорией Антарктиды. В настоящее время
содержание озона в северном полушарии так же снижается.
Разрушение озонового слоя стратосферы вызвано разложение озона
ультрафиолетовыми лучами, что связано с образованием атомарного
кислорода, так и с взаимодействием озона с активными реагентам: оксидами
азота и атомарным хлором.
12
Эти процессы приводят к исчезновению озона и атомарного кислорода,
тогда как оксиды азота и атомарный хлор постоянно восстанавливаются и
каждый из них является источником разрушения большого количества озона.
Другим источником появления оксидов азота и атомарного хлора является
запуск космических ракет и сверхзвуковых самолётов, пробивающих озоновый
слой земли.
Третьим
источником
истощения
озонового
слоя
считается
фторхлоруглеводороды (фреоны), например CF2CL2 и CFCL3, которые широко
применяются в холодильных установках и аэрозольных баллончиках. Их
влияние на состояние озонового слоя требует дополнительных исследований.
Химическая стабильность фреонов настолько велика, что молекулы этих
веществ не разрушаются в тропосфере и достигают стратосферы (16 – 25 км).
На этой высоте под действием ультрафиолетового излучения их молекулы
распадаются с выделением хлора, который взаимодействует с озоном.
Происходит разрушение озонового слоя – появление озоновых дыр. Это
вызывает резкое увеличение потока ультрафиолетовой радиации, губительной
для жизни на Земле.
В связи с этим создана международная конвенция (Монреальский
протокол) по защите озонового слоя, запрещающая выпуск озоноактивных
хладагентов, в которых содержатся фреоны.
2.3.
Химико-экологические проблемы и охрана гидросферы и
литосферы
Гидросфера занимает 2/3 поверхности земли. Вода океана составляет
97,2% от общего количества воды. С каждым годом увеличивается потребность
воды. Частично она возвращается в гидросферу, но в виде сточных вод.
Загрязнение гидросферы сточными водами – одна из основных химикоэкологических проблем. Бытовые (приложение 4) и сточные воды перед
сбросом в водоёмы должны подвергаться строгому контролю и очистке.
Показателем состояния сточных вод являются следующие признаки,
предусмотренные ГОСТом: цвет, запах, пенистость, мутность и состав
суспензий (показатель определяется фильтрацией), общее содержание
растворенных веществ (определяется выпариванием), жёсткость воды
(характеризуется содержанием солей кальция и магния).
В сточных и бытовых водах часто содержатся основания и кислоты, а так
же вредные вещества: металлы-токсиканты, пестициды, диоксины и др.
Жизнь в водоёмах обеспечивает растворённый в воде кислород. Однако
кислород достаточно быстро взаимодействует с растворёнными, легко
окисляемыми в воде веществами. В результате концентрация кислорода
снижается, ухудшаются условие жизни рыб и других организмов. Содержание
растворённого кислорода является важным показателем состояния воды.
Загрязнение водоёмов приводит к росту сине-зеленых и других
водорослей, не съедобных для большинства рыб. Их разрастание подавляет
13
разрастание других организмов, ведёт к дальнейшему снижению концентрации
растворённого кислорода и к старению водоёмов.
Тяжёлые последствия вызывает загрязнение гидросферы нефтью и
нефтепродуктами. Образуя на поверхности тонкую нефтяную плёнку, она
уменьшает доступ воздуха и света в водоём и вызывает гибель организмов.
Важнейшие проблемы литосферы – нерациональное использование
минеральных природных ресурсов и захоронение отходов. Значительно
отравляют литосферу пестициды, вызывая экологические нарушения.
В целях охраны литосферы важно применять природосберегающие
способы добычи ресурсов, осторожно использовать пестициды и удобрения,
вести борьбу с закислением и выщелачиванием почвы. Атмосфера, гидросфера,
литосфера взаимосвязаны друг с другом. Важнейшим примером их связи
является круговорот веществ в природе.
2.4. Вредное влияние окружающей среды на здоровье человека
В результате хозяйственной деятельности человека в атмосфере отмечают наличие
различных твердых и газообразных веществ. Поступающие в атмосферу оксиды углерода,
серы, азота, углеводороды, соединения свинца, пыль и т.д. оказывают различное токсическое
воздействие на организм человека. Содержащиеся в атмосфере вредные вещества
воздействуют на человеческий организм при контакте с поверхностью кожи или слизистой
оболочкой. Наряду с органами дыхания загрязнители поражают органы зрения и обоняния.
Загрязненный воздух раздражает большей частью дыхательные пути, вызывая бронхит, астму,
ухудшается общее состояние здоровья человека: появляются головные боли, тошнота, чувство
слабости, снижается или теряется трудоспособность. Установлено, что такие отходы
производства, как хром, никель бериллий, асбест, многие ядохимикаты вызывают раковые
заболевания.
Вода необходима для жизни, производственных, сельскохозяйственных и бытовых
нужд человека. В развитых странах уровень водопотребления достигает 400-500 л на душу
населения в сутки. Во многих странах, в том числе и в ряде регионов России, всё более
ощутимой становится нехватка пресной воды. Однако главная причина обострения проблемы
водных ресурсов заключается не в увеличении водопотребления, а в загрязнении многих
водоисточников. (Приложение 5).
Загрязнение гидросферы происходит за счёт сброса в водоёмы и моря промышленных,
сельскохозяйственных и бытовых сточных вод. Например, в водоёмы Российской Федерации
в 1989 году было сброшено более 30 куб. км сточных вод, из них 27,8% - без очистки, а 60,5%
- недостаточно очищенными из-за нестабильной и плохой работы очистных сооружений. [4].
Особую тревогу вызывает загрязнение питьевых водоисточников отходами
сельскохозяйственного производства. Главным образом это сточные воды животноводческих
комплексов, смытые талыми и дождевыми водами с полей удобрения, пестициды и
гербициды. Типовой комплекс крупного рогатого скота на 10 тыс. голов даёт в виде отходов за
сутки такое же количество органических веществ, как город с населением 160 тыс. человек, а
свиноводческий комплекс - ещё больше. В сточных водах сельскохозяйственного
производства могут присутствовать возбудители различных инфекционных болезней. Очень
важно поддерживать способность водоёмов к самоочищению. Одним из процессов
14
самоочищения водоёма является осаждение нерастворимых веществ. На самоочищение
водоёмов оказывают влияние такие факторы, как степень разведения загрязнений, скорость
течения, температура воды. Органические вещества в сточных водах постепенно разлагаются
под воздействием кислорода.
Из-за загрязнения окружающей среды происходит снижение плодородия почв,
деградация и опустынивание земель, гибель растительного и животного мира, ухудшение
качества атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод. В совокупности это
приводит к исчезновению с лица Земли целых экосистем и биологических видов, ухудшению
здоровья населения и уменьшению продолжительности жизни людей. Около 85 % всех
заболеваний современного человека связано с неблагоприятными условиями окружающей
среды, возникающими по его же вине. Мало того, что катастрофически падает здоровье
людей: появились ранее неизвестные заболевания, причины их бывает очень трудно
установить. Многие болезни стали излечиваться труднее, чем раньше. Поэтому сейчас очень
остро стоит проблема «Здоровье человека и окружающая среда».
Основными источниками загрязнения атмосферы являются:
 производства по выработке электроэнергии и ТЭЦ, основанные на
сжигании угля, природного газа, нефти;
 производства неорганических веществ и металлургии, промышленный
неорганический синтез;
 транспорт;
 коммунально–бытовой сектор (бытовые сбросы, канализация и др.);
 сельское хозяйство.
Ежегодно в атмосферу сбрасывается 2,3 млрд. тонн вредных примесей:
CO (48,5%), оксиды азота NO, NO2 (15%), SO2 (14,9%), твёрдые частицы
(13,6%), углеводороды (8%). Доля промышленных выбросов составляет 14%,
транспортных – 44%, тепловых – 20%, продуктов сжигания мусора – 5%,
отходов сельского хозяйства и других источников – 17%. Следствием
указанных загрязнений являются серьёзные экологические проблемы, которые
отрицательно влияют на здоровье человека и сказываются на его долголетии.3
Важнейшие экологические проблемы атмосферы: образование смога
(токсичного и фотохимического); загрязнение атмосферы токсикантами;
кислотные дожди; разрушение озонового слоя; парниковый эффект.
Токсический смог особенно опасен для людей, страдающих заболеваниями
органов дыхания, усиливает заболевание бронхитом. Основной вред
окружающей среде наносят процесс окисления SO2 в SO3 и образующиеся из
них в атмосфере H2SO3 и H2SO4¸ которые являются причиной выпадения
кислотных дождей.
Фотохимический смог – это смесь образуемых посредством окислительновосстановительных реакций веществ (углеводородов, альдегидов, оксидов
азота, кислорода и озона) и вредных выбросов от работы транспортных средств.
Взаимодействие этих веществ под действием солнечной радиации ведёт к
образованию высокотоксичных соединений, объединяемых общим названием
______________________________
3
Тайлер Миллер. Жизнь в окружающей среде. М.: Химия, 2011.
15
пероксиацилнитраты (ПАН). Они вызывают сильное раздражение
дыхательных путей и глаз, так как при контакте с водой образуют различные
кислоты и активные радикалы, которые при соприкосновении с живыми
тканями повреждают их.
Загрязнение воздуха кислотообразующими выбросами оказывает
многообразное вредное влияние и на организм человека. Вдыхание влажного
воздуха, содержащего диоксид серы, особенно опасно для пожилых людей,
страдающих сердечно-сосудистыми и легочными заболеваниями, в тяжелых
случаях может возникнуть отек легких. Вредно это и для здоровых людей,
поскольку SО2 и сульфатные частицы обладают канцерогенным действием.
Установлена тесная взаимосвязь между повышением смертности от бронхитов
и ростом концентрации диоксида серы в воздухе. Высокая концентрация
оксидов серы усугубляет многие хронические заболевания и симптомы
сердечно-сосудистых заболеваний, обостряет или вызывает катары, бронхиты,
эмфизему, астму.
В 1983 году вступила в силу «Конвенция о трансграничном загрязнении
воздуха на большое расстояние», в которой указано, что страны должны
стремиться к ограничению и постепенному уменьшению загрязнения
воздушной среды, включая загрязнения, выходящие за пределы своего
государства. В июле 1985 года в Хельсинки 20 государств Европы и Канада
подписали Протокол о 30%-м снижении выбросов оксидов серы на территории
этих государств или их трансграничных потоков на территорию соседних
государств. Проблема охраны атмосферного воздуха от загрязнений отражена и
в Законе об охране окружающей природной среды (2002 год).
Одним из опаснейших токсикантов, выбрасываемых в атмосферу,
автомобилями является CO, который активно взаимодействует с гемоглобином
крови, увеличивает число лёгочных и раковых заболеваний, особенно если его
количество значительно превышает ПДК. Вместе с выхлопными газами
автомобилей в атмосферу попадают частички свинца и его оксидов,
образуемых при сгорании органических соединений свинца (тетраэтилсвинец),
добавляемых в бензин для повышения его октанового числа. Попадая в виде
аэрозолей в организм, свинец и его соединения являются источником
онкологических заболеваний, поэтому в ряде стран запрещено выращивать
сельскохозяйственные культуры вблизи шоссейных дорог.
Известно, что стратосферный озон сохраняет все живое от жесткого
ультрафиолетового излучения Солнца, поглощая волны с длиной короче 0,29
мкм. Однако, в последние годы нарушение его целостности влиянием
антропологического фактора привело к истощению озонового слоя.
В тропосфере озон образуется в результате антропогенного загрязнения
воздуха и отрицательно воздействует на здоровье людей. Высокая
концентрация озона может привести к отравлению и смерти. Озон разрушает
ткани дыхательных путей. Дышать озоном нельзя. Озон является мощным
окислителем и даже при небольших концентрациях может приводить к
раздражению глаз и дыхательных путей, вызывающему снижение жизненной
емкости легких. Низкая растворимость озона приводит к тому, что он может
16
проникать глубоко в легкие. В периоды повышенной концентрации озона
значительно большее количество людей поступает в отделения неотложной
помощи больниц с заболеваниями дыхательных путей. Длительное воздействие
озона, даже при относительно низких концентрациях, может приводить к
необратимому повреждению легких.
Отрицательное воздействие на здоровье людей и окружающую среду оказывают
промышленные предприятия, расположенные на территории города вблизи жилых районов.
Содержащиеся в атмосфере вредные вещества воздействуют на человеческий организм
при контакте с поверхностью кожи или слизистой оболочкой. Наряду с органами дыхания
загрязнители поражают органы зрения и обоняния. Загрязненный воздух раздражает большей
частью дыхательные пути, вызывая бронхит, астму, ухудшается общее состояние здоровья
человека: появляются головные боли, тошнота, чувство слабости, снижается или теряется
трудоспособность. Установлено, что такие отходы производства, как хром, никель бериллий,
асбест, многие ядохимикаты вызывают раковые заболевания.4
_________________________
4
Шандала М.Г., Звиняцковский Я.И. Окружающая среда и здоровье населения. Киев:
Здоровье, 1988. С. 152.
17
Заключение
Изучив и проанализировав химико-экологические проблемы окружающей
среды, приходим к выводу, что развитие современной промышленности и
сферы услуг направлено на улучшение условий жизни человека в техническом
и социально-экономическом аспектах. Расширяющееся использование ресурсов
биосферы приводит к возрастающему вмешательству человека в процессы,
протекающие на планете Земля. В последние десятилетия в процессе развития
технологий оставалась без внимания опасность непреднамеренных побочных
воздействий человека на природу. Объясняется это ошибочным мнением о том,
что природа обладает неограниченной способностью компенсировать
воздействие человека, хотя уже столетия известны необратимые изменения
окружающей среды. Сегодня нельзя оставлять без внимания результаты
воздействия активной деятельности человека на наиболее уязвимые области
экосферы.
В ходе исследования данной проблемы была проанализирована
научно-методическая литература, выяснено
влияние
антропогенных
загрязнений на
растения и организм человека, определены меры,
способствующие охране окружающей среды, разработаны рекомендации по
возможному уменьшению содержания веществ – загрязнителей в окружающей
среде, были проведены практические работы по исследованию качества
питьевой воды, определению водородного показателя в природной воде,
проводилось обнаружение ионов железа и меди в воде. Составлена памятка по
охране водоёмов от загрязнения. (Приложение 6). Созданы
буклеты на
тему:
«Химия и экологические проблемы окружающей среды». Результаты
экспериментов доказали верность выдвинутой гипотезы. Если мы будем знать,
как антропогенные загрязнения влияют на растения и организм человека, то
можно разумно обезопасить себя от содержания и накопления их в
окружающей среде.
В процессе своей жизнедеятельности человек производит огромное
количество химических веществ, которые негативно воздействуют на
окружающую среду. В данный момент не создано абсолютно безотходной
технологии. Чтобы полностью не разрушить место своего обитания, человеку
необходимо очень бережно относится к окружающей среде, осуществлять
строгий контроль используемых продуктов производства, всесторонне изучать,
объективно оценивать их состав, качество и последствия влияния химических
продуктов на окружающую среду, изыскивать и применять методы
минимизации их столь вредного воздействия.
В ходе исследовательской работы,
я узнала намного больше об
окружающей среде, получила знания основ экологии, в том числе химической,
что поможет мне обеспечить безопасность жизнедеятельности и правильное
поведение в окружающем мире, определить пути оптимизации взаимодействия
общества и природы.
Каждый человек должен понять, что природа не обладает неограниченной
способностью компенсировать воздействие человека. Она не мастерская и даже
не лаборатория, где допустимы любые эксперименты.
18
Список источников информации
Литература:
1. Заиков Г.Е., Маслов С.А., Рубайло В.Л. Кислотные дожди и
окружающая среда. М.: Химия, 1991. 142 с.
2. Небел Б. Наука об окружающей среде. М.: Мир, 1993. Т. 1-2.
3. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. Пособие
для вузов, средних школ и колледжей. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000. – 320 с.
4. Тайлер Миллер. Жизнь в окружающей среде. М.: Химия, 2011.
5. Шандала М.Г., Звиняцковский Я.И. Окружающая среда и здоровье
населения. Киев: Здоровье, 1988. С. 152.
6. Универсальный справочник школьника. 5-11 класс. Учебное пособие
нового типа: Книга 1.// Под редакцией д-ра пед. наук, проф. Воронцовой В.Г.,
д-ра пед. наук, проф. Элиасберг Н.И. – СПб.: ИД «Весь», 2004.
Сайты в Интернете:
http://www.agromage.com
http://www.xumuk.ru
19
Приложение 1
Основные направления защиты окружающей среды от химического
загрязнения. Рекомендации
Предупреждение
образования
отходов
Обезвреживание
образующихся
отходов
1. Применение
безотходных и
малоотходных
технологий.
1. Очистка
сточных вод и
газовых
выбросов.
2. Переход на
экологически
чистые
источники
энергии и
безвредные
продукты
производства.
2. Повторная
переработка и
использование
отходов в
качестве сырья и
полезных
материалов.
3. Защита
металлов от
коррозии.
3. Захоронение
отходов.
Нейтрализация
загрязнителей
окружающей
среды
1. Устранение
нефтяных пятен
в почве и
водоемах.
2. Известкование
почвы и воды,
гипсование
почвы.
Мониторинг
окружающей
среды
1. Химическая
диагностика.
2. Наблюдения за
изменениями
окружающей
среды.
3. Участие в
международных
программах по
охране
окружающей
среды и
выполнение
системы
природоохранных мер.
20
Приложение 2
Образование фотохимического смога5
__________________________
5
Небел Б. Наука об окружающей среде. М.: Мир, 1993. Т. 1-2.
21
Приложение 3
Основные компоненты выхлопных газов автомобилей
Максимальная
Токсичность
Компоненты
концентрация, %
(об.)
N2
74 – 77
Нетоксичный
H2O
3,0 – 5,5
Нетоксичный
O2
0,2 – 5,0
Нетоксичный
CO2
0,5 – 12,0
Нетоксичный
CO
0,2 – 5,0
Токсичный
NOX
0 – 0,8
Токсичный
SO2
0,02 – 0,1
Токсичный
Парафины
0 – 1,2
Токсичный
Олефины
0 – 1,6
Токсичный
Ароматические соединения
0 – 0,4
Токсичный
Сажа
0 – 0,4
Токсичный
Бензопирен
До 20
Канцерогенный
22
Приложение 4
Практическая работа
Исследование качества питьевой воды
Определение водородного показателя
Цель: Исследовать
pH среды образцов воды разных природных
источников.
Оборудование: штатив с пробирками, универсальный индикатор, шкала
набора Алямовского.
Вещества: образцы воды.
Ход работы:
1. В пробирки наливаем по 5 мл исследуемой воды.
2. Добавляем 0,5 мл универсального индикатора, перемешиваем.
3. По окраске раствора определяем pH.
№
опыта
1.
2.
3.
Проба
вода из
водопровода
северной части
поселка
Новосергиевка
вода из
водопровода с.
Старобелогорка.
вода из
водопровода
центральной
части поселка
Новосергиевка
Цвет
универсального
индикатора
Значение pH
среды
Вид среды
близкая к
нейтральной
(слабощелочная)
бледно-голубая
pH среды - 8
светлооранжевожелтая
близкая к
pH среды - 6,5 нейтральной
(слабокислотная)
светлофиолетовая
pH среды - 7,0 нейтральная
Вывод: Питьевая вода, взятая для исследования, имеет следующие виды среды:
слабощелочная, слабокислотная, нейтральная.
Допустимые нормы колеблются в пределах pH среды 6,5 – 8,0. Следовательно,
все образцы воды пригодны для хозяйственных и питьевых нужд.
23
Приложение 5
Практическая работа
Обнаружение ионов железа в воде
Цель работы: Определить концентрацию ионов железа в изучаемой воде.
Приборы и материалы: Пробирки, концентрированная азотная кислота,
раствор пероксида водорода.
Ход работы: В пробирку помещаем 10 мл исследуемой воды, прибавляем
1 каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель раствора
пероксида водорода и примерно 0,5 мл раствора роданида калия. При
содержании железа 0,1 мг/л появляется розовое окрашивание, а при более
высоком – красное. Изучаемая вода после опыта приобрела розовую окраску.
Вывод: исследуемая вода содержит железа 0,1 мг/л. Она пригодна для
питья.
Практическая работа
Обнаружение ионов меди в воде
Цель работы: Определить присутствие ионов меди в изучаемой воде.
Приборы и материалы: Фарфоровая чашка, концентрированный раствор
аммиака.
Ход работы: В фарфоровую чашку помещаем 3 – 5 мл исследуемой воды,
осторожно выпариваем досуха и наносим на периферийную часть пятна каплю
концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно–синей или
фиолетовой окраски свидетельствует о присутствии ионов меди. Предельнодопустимая концентрация в воде составляет 0,1 мг/л, лимитирующий
показатель вредности органолептический.
Вывод: Питьевая вода, взятая для исследования, не содержит ионов меди. Она
пригодна для хозяйственных и питьевых нужд.
24
Приложение 6
Памятка
по охране водоёмов от загрязнения
Минеральными удобрениями:
1) Правильное орошение полей.
2) Откачка грунтовых вод.
3) Соблюдение доз вносимых удобрений и средств защиты.
4) Облицовка оросительных каналов полимерами.
И о н а м и с в и н ц а : содержатся в бензине и его выбросах.
1) Необходимо переходить на сжиженный газ.
2) Замкнутые системы свинцовых производств.
Ионами хлора:
Особая опасность – хлорпроизводные органических веществ.
Необходимо освобождать воду от органических примесей до ее
хлорирования.
Строительство предприятий с замкнутой системой водооборота.
Физико-химические способы очистки включают осаждение с помощью
химических реагентов в нерастворимые состояния, применение гидролиза,
ионного обмена, адсорбции, хлорирования, озонирования.
Биологические
методы
–
на
биофильтрах
с
анаэробными
микроорганизмами (сбраживание органических веществ).
Замена стальных и железобетонных труб трубами из пластика, пластмассы,
которые не корродируют около 25 лет.
Ответственность в законодательном порядке за нарушение правил
водопользования.
Нейтрализация загрязнителей:
1. Разбавление загрязненной воды до предела допустимой концентрации.
2. Перевод токсичного иона в менее токсичный.
3. Необходимо строительство очистных сооружений.
4. Создание замкнутых циклов водопользования на промышленных
предприятиях.
5. Разработка химических и биологических способов очистки воды от
нефтяных загрязнений.