Международная экологическая безопасность

     К основным загрязнителям, возникающим  в результате функционирования предприятий черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, следует относить:

1. углекислый газ (СО₂) – естественная составляющая атмосферы. Концентрация СО₂ в атмосфере непрерывно повышается в результате увеличения объема сжигания всевозможных видов углеродосодержащего топлива. Если в 1980 г. общемировой выброс углекислого составлял 8817 млн. т, то в 2009 только суммарный объем СО₂, выпущенного тройкой ведущих стран (Китай, США, Россия), превысил данный показатель в 1,5 раза и составил 13625 млн. т. Если допустить сохранение существующих тенденций, то к 2050 году общее количество углекислого газа в атмосфере увеличится вдвое, что повлечет за собой повсеместное потепление на 1,5–4,5°С [12].
2. оксид углерода (СО) – образуется в атмосфере при неполном сгорании метана и других углеводородов (в первую очередь, изопрена). Основным антропогенными источниками CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, сжигание твердых отходов и выбросы промышленных предприятий. Попадая в кровь, угарный газ образует комплекс с гемоглобином – карбоксигемоглобин. В связи с нарушением транспорта кислорода кровью возникает гипоксия. При связывании половины всего гемоглобина крови угарным газом происходит тяжелое отравление с возможным летальным исходом. При хроническом отравлении угарным газом могут возникать астеновегетативный синдром, бессонница, головные боли, ухудшение памяти, снижение быстроты рефлекторных реакций и др. CO также является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта. Ежегодно в атмосферу поступает не менее 1250 млн. т оксида углерода [8];
3. диоксид серы (SO₂) – бесцветный газ с удушливым запахом. При соприкосновении с влажной поверхностью слизистых оболочек верхних дыхательных путей SO₂ образует нестабильную сернистую кислоту, окисляющуюся до серной. Раздражающее действие сернистого ангидрида на слизистые оболочки приводит к развитию хронических ринитов, воспалениям слухового прохода и евстахиевой трубы, хроническим бронхитам, преимущественно с астматическими компонентами. При длительном воздействии в малых концентрациях наблюдаются изменения со стороны органов пищеварения, имеют место функциональные нарушения щитовидной железы. Диоксид серы относят к главным и наиболее важным загрязнителям воздуха, опасным для животных и растений и участвующим в образовании фотохимического смога. Антропогенный выброс SO₂ в атмосферу составляет около 147 млн. т, что на 7 млн. т больше объемов естественных поступлений;
4. оксиды азота (NO_х) всегда выделяются при сгорании топлива (особенно автомобильного) и получении азотистой кислоты, т.е. основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид, а также крупные автомагистрали. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год [10]. Из оксидов азота может образовываться азотная кислота, которая даже при небольших концентрациях неблагоприятно воздействуют на дыхательные пути, миокард. Высокая концентрация оксидов азота в атмосфере часто бывает причиной кислотных дождей;
5. углеводороды (C_xH_y) выбрасываются в атмосферу в виде капелек и паров. Треть годового выброса углеводородов в атмосферу приходится на выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Другим источником является работа нефтеперегонных заводов. Воздействие на организм углеводородов бензинового ряда выражается в нарушениях функционального состояния центральной нервной системы. В наибольшей степени страдает высшая нервная деятельность, что связано с наркотическим действием углеводородов. Даже в очень низких концентрациях действие углеводородов приводит к функциональным расстройствам нервной системы, неврастении, вегетоневрозам, вспыльчивости и раздражительности [8].

     Помимо  газообразных загрязняющих веществ  в атмосферу поступают десятки  миллионов тонн твердых частиц. Это  пыль, копоть, сажа, которые в виде мелких частиц свободно проникают в  дыхательные пути и оседают в бронхах и легких, при этом по пути они обогащаются сульфатами, свинцом, мышьяком, селеном, кадмием, цинком и другими элементами и веществами, многие из которых канцерогенны. К первому классу опасности также принадлежат кадмий, мышьяк, ртуть и ванадий

     В результате сельскохозяйственной деятельности человека в атмосферу попадает большое количество пестицидов – химических веществ, используемых для борьбы с вредными организмами. Попадая на растения, в почву и водоёмы, пестициды концентрируются живыми организмами и нарушают равновесие в природных экосистемах. Из пестицидов, которые обычно распыляют с самолетов, особенно токсичны фосфорорганические пестициды, при фотолизе которых в атмосфере образуются продукты еще более токсичные, чем исходные соединения.

     Из  естественных и антропогенных источников в атмосферу ежегодно поступают сотни миллионов тонн аэрозолей. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана. Естественные аэрозоли возникают в природных условиях без участия человека. Они поступают в тропосферу (реже – в стратосферу) при извержении вулканов, сгорании метеоритов, при возникновении пылевых бурь, поднимающих с земных поверхностей частицы почвы и горных пород, а также при лесных и степных пожарах.

     Аэрозоли  антропогенного происхождения составляют примерно 20% от естественного содержания аэрозолей. Их основными источниками являются тепловые электростанции, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаше всего в них обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода (несгоревший уголь, сажа, смола); реже – оксиды железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Источниками аэрозольного загрязнения также могут, являются промышленные сбросы – искусственные насыпи из вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых либо из отходов предприятий перерабатывающей промышленности. Источником пыли и ядовитых газов служат проводимые взрывные работы. При взрыве в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. м³ условного оксида углерода и более 150 т. пыли.

     Сернистый ангидрид это основной аэрозоль атмосферы, несмотря на огромные масштабы его  выбросов, он находится в атмосфере  немного. По данным наблюдения, на больших  высотах выхлопные газы авиационных  двигателей могут увеличить естественный фон SO₂ на 20%. Вследствие промышленных выбросов в атмосферу поступает 147 млн. т/год. сернистого газа. Под действием солнечной радиации сернистый ангидрид  является слабым химическим соединением он преобразуется в серный ангидрид и при взаимодействии с водой превращается в сернистую кислоту, которая подкисляет атмосферные осадки [13].

     Аэрозоли, достигшие стратосферу оказывают  влияние на её свойства и вызывают повреждения озонового слоя.

     При скоплении вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха содержание вредных выбросов у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана. Фотохимический (сухой) туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, фотооксиданты, образующиеся в атмосфере при взаимодействии реакционноспособных углеводородов и оксидов азота под действием УФ-радиации. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивная солнечная радиация и безветрие или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количестве озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Впервые фотохимический смог был описан в США. В 1943 году в Сан-Франциско в солнечную, безветренную погоду над городом появлялся белесоватый туман с желтовато-коричневым оттенком, вызывавший резь в глазах, слезотечение, чувство першения в горле и т. д. Сегодня такие смоги – нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

     Кроме фотохимических (сухих) смогов в крупных городах могут также иметь место токсические туманы (мокрые смоги). Такой смог особенно опасен для детей, пожилых людей и людей с пороками сердца и лёгких, больных бронхитом, астмой, эмфиземой. Он может стать причиной одышки, затруднения и остановки дыхания, головных болей, кашля, также вызывает воспаление слизистых оболочек глаз, носа и гортани, снижение иммунитета. Во время смога часто повышается количество госпитализаций, рецидивов и смертей от респираторных и сердечных заболеваний. Особенно сильный токсический смог наблюдался в декабре 1952 года в Лондоне. Туман содержал несколько сот тонн дыма и сернистого ангидрида. За 5 дней тумана было отмечено значительное увеличение смертности населения от респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний (погибло на 4000 человек больше, чем обычно за такой срок). В 1963 году от густого токсического тумана в Нью-Йорке погибло более 400 человек.

     Следующая группа загрязнителей — полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — обычно адсорбируются на твердых частицах. Многие из ПАУ отличаются выраженным канцерогенным, мутагенным и тератогенным действием и представляют серьезную угрозу для человека. Основным источником эмиссии ПАУ являются ТЭС, работающие на нефти или каменном угле, а также предприятия нефтехимической промышленности и автотранспорта. Содержание ПАУ и других канцерогенных веществ, попадающих в атмосферу с выбросами промышленных предприятий, составляет в крупных индустриальных центрах около 80% от общего загрязнения окружающей среды. Наиболее опасные ПАУ — бензпирен, дибензатрацен, метилхолантрен. Эти вещества вызывают злокачественные опухоли в месте их воздействия на живой организм: рак кожи при наружном контакте, легкого — при вдыхании ПАУ с атмосферным воздухом, желудочно-кишечного тракта — при попадании с пищей. Бензпирен входит в состав сажи и смолы, содержащихся в дыме труб предприятий металлургической и коксохимической промышленности, ТЭЦ, присутствует в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания, в табачном дыму, сточных водах. ПАУ образуются также при сжигании опавшей листвы, которое часто практикуется в городах, несмотря на многократно повторяемые призывы санитарно-противоэпидемических служб не делать этого.

     Следовые  количества химических элементов представлены в атмосфере такими высокотоксичными загрязнителями, как мышьяк, бериллий, кадмий, свинец, магний и хром. Они обычно присутствуют в воздухе в виде неорганических солей, адсорбированных на твердых частицах. При этом максимальное количество загрязнителей попадает в атмосферу при сжигании угля. Но долю этого источника приходится более 95% твердых частиц, 85% оксидов серы, 70% оксидов азота и более 90% следов элементов от общего количества выбросов для всех ТЭС, работающих на угле, нефти и газе.

     Свинец  также выделяется в воздух при извержении вулканов, с отработавшими газами автомобилей и в результате различных производственных процессов. Воздух в городах заполнен частицами свинца, образующимися при сгорании бензина (50% общего неорганического свинца, попадающего в организм). Уличная пыль, в которой тоже обнаружены высокие уровни соединений свинца, – еще один источник попадания его в организм человека. Свинец – кумулятивный яд. Он постепенно накапливается в организме человека, поскольку скорость его выведения очень низка. Свинец уменьшает скорость образования эритроцитов в костном мозге, блокирует синтез гемоглобина.

     Металлический свинец и ртуть и, а также их металлорганические соединения очень токсичны. Ежегодный прирост содержания ртути в окружающей среде промышленно развитых стран составляет 5%. Ртуть поступает в атмосферу при извержении вулканов и с выбросами химической, электронной и приборостроительной промышленности. Особенно токсичны и опасны для человека галогенсодержащие металлорганические соединения ртути, которые образуются из металлической ртути и ее неорганических солей под действием микроорганизмов.

     Скапливаясь в атмосфере, загрязнители взаимодействуют  друг с другом, гидролизуются и  окисляются под действием влаги  и кислорода воздуха, а также  изменяют свой состав под воздействием радиации. Вследствие этого продолжительность  пребывания токсичных примесей в атмосфере тесно связана с их химическими свойствами. Для диоксида серы этот период составляет 4 дня, сероводорода — два, оксида азота — пять, аммиака — семь дней, а СО сохраняется неизменным в течение трех лет.

     Велика  продолжительность пребывания в воздухе малоактивных соединений следующей группы токсичности — постоянных газов (фреоны и диоксид углерода). Основным источником эмиссии фреонов (фторхлорметанов) являются рефрижераторные установки. Аккумулируясь в стратосфере, постоянные газы в результате цепных реакций разрушают слой озона, который защищает расположенные ниже слои атмосферы от солнечного излучения высокой энергии.

     Так называемые «абразивные» частицы, к  которым относятся диоксид кремния  и асбесты, при респираторном  проникновении в организм человека вызывают серьезные заболевания (например, силикозы). Загрязнения сульфатами, нитратами и нитрозаминами, являются продуктами реакций первичных загрязнителей атмосферы. Например, обладающие выраженной канцерогенной активностью нитрозамины, найденные, в частности, и в табачном дыме, образуются в атмосфере при взаимодействии аминов с оксидами азота. К потенциальным канцерогенам относят и такие широко распространенные загрязнители воздуха, как полихлорбифенилы, которые обычно добавляют к пестицидам для усиления действия ядохимикатов.