Согласно статистическим данным, экологическая ситуация в северном Крыму оставляет желать лучшего: по уровню загрязнению почв и вод автономия незначительно уступает областям с развитой промышленностью, в том числе Криворожскому и Днепровскому регионам.

Главным виновником сложившийся ситуации многие считают химическую промышленность, представленную в северном Крыму сразу несколькими предприятиями, наиболее крупными из которых являются ЗАО «Крымский титан» и ОАО «Крымский содовый завод».

В настоящее время основные экологические проблемы химической промышленности северного Крыма вызваны нижеперечисленными факторами:

• наличием твердых производственных отходов, подлежащих накоплению, хранению и утилизации;
• загрязнению вод, используемых в технологическом цикле;
• выбросами в атмосферу отработанных газов и пыли.

Косвенными экологическими проблемами химической промышленности северного Крыма являются:

• высокая энергоемкость производств, что сказывается на экологической ситуации в целом;
• использование природных ресурсов в качестве гидроминерального сырья.

В результате вышеперечисленных проблем предприятия химической промышленности вынуждены ограничивать производство. В частности, озеро Красное, используемое «Крымским содовым заводом» в качестве накопителя-испарителя, уже заполнено до разрешенного уровня, что препятствует росту объемов выпуска продукции. Подобная ситуация наблюдается и на «Крымском титане»: площадь накопителей кислот и шлама составляет 42 кв. км, но этого недостаточно для полноценного производства. Кроме того, остро стоит проблема и с утилизацией фосфогипса – одного из видов токсических отходов химического производства.

Вопреки шумихе, поднятой средствами массовой информации вокруг экологических проблем химической промышленности северного Крыма, утверждения о бездеятельности предприятий химотрасли лишены оснований. Доказательством этому служат многомиллионные вложения производителей в решение экологических проблем. На сегодняшний день химпром как никто другой заинтересован в снижении уровня выбросов и в скорейшей утилизации промышленных отходов.

В настоящее время в северной части Крыма осуществляется постоянный мониторинг состояния окружающей среды. Примечательно, что предприятия химотрасли также проводят регулярные проверки силами собственных подразделений. Например, на «Крымском титане» функционирует экологический центр, задачей которого является реализация природоохранных мероприятий и оценка влияния производства на окружающую среду. «Крымский содовый завод» также располагает современной лабораторией, с помощью которой производит инструментальные проверки с целью установления уровня промышленной загрязненности.

Результаты подобных действий легко оценить с помощью цифр. К примеру, в 2010-м году на «Крымском содовом заводе» уровень вредных выбросов был снижен на 30% по сравнению с 2009-м годом, и это при отсутствии спада производства. Подобная динамика наблюдается и на «Крымском титане»: не так давно предприятие получило международный сертификат ISO 14001:2008, удостоверяющий соответствие производства экологическим стандартам.

Недооценивать экологические проблемы химической промышленности северного Крыма нельзя – они есть, и они объективны. Однако решение данных проблем требует участия не только со стороны производителей, но и со стороны государства, до сих пор выполнявшего роль пассивного наблюдателя или карающего органа. Не секрет, что предприятия химической отрасли являются в северном Крыму бюджетообразующими: налоговые отчисления химпрпома измеряются цифрами с десятками нулей. Таким образом, государство имеет прямую заинтересованность в решении экологических проблем, ограничивающих рост производства; тем не менее, государство свою заинтересованность пока не проявляет – по большей части, химпром решает экологические проблемы самостоятельно.

Основные проблемы современной химии

2. Химическая промышленность и экологические проблемы химии

Химическая промышленность - одна из наиболее бурно развивающихся отраслей. Она относится к отраслям, составляющим базу современного научно-технического прогресса. В структуре химической промышленности при всем значении основной химии ведущее положение перешло к промышленности пластмасс, химических волокон, красителей, фармацевтических препаратов, моющих и косметических средств.

Производимые химической промышленностью реагенты и материалы широко используются в технологических процессах самых различных отраслей хозяйства. В современную эпоху химическая промышленность явилась своего рода индикатором, определяющим степень модернизации хозяйственного механизма любой страны.

В составе химической промышленности России целесообразно выделить 5 групп производств:

1. Горно-химическая промышленность, включающая добычу первичного химического сырья.

2. Основная химия, специализирующаяся на производстве минеральных удобрений, кислот, соды и других веществ, составляющих как бы «пищу» для других отраслей экономики.

3. Производство полимерных веществ.

4. Переработка полимерных материалов.

5. Разнородная группа прочих, мало связанных между собой отраслей этой индустрии: фотохимическая, бытовая химия и т.д. Зеленин К.Н., Сергутина В.П., Солод О.В. Сдаем экзамен по химии. СПб., 2001. С. 2-3. .

Бытовая химия - подотрасль химической промышленности, получившая в настоящее время существенное развитие. Каждый так или иначе практически постоянно либо пользуется «плодами» химической отрасли промышленности, либо сталкивается с деятельностью, требующей знаний приемов безопасного обращения с веществами. Хорошая хозяйка никогда не поставит бутылочку с уксусной кислотой рядом с другими похожими емкостями для пищевых продуктов. Образованный человек всегда читает инструкцию перед работой с такими бытовыми жидкостями, как хлорный отбеливатель или средства для чистки стекол, и знает, что после покрытия пола новым линолеумом или ковролином всегда необходимо проветривать помещение. Все это -- приемы безопасного обращения с веществами Подробнее см.: Артамонова В. Шампуни: химия и биология в одном флаконе // Химия и жизнь. 2001. №4. С. 36-40. . Умение приготовить растворы, знание способов очистки веществ, свойств наиболее часто встречающихся соединений, влияние их на здоровье человека -- все это подрастающее поколение узнает на уроках химии в школе Подробнее см.: «Круглый стол» на Третьем Московском педагогическом марафоне учебных предметов 8 апреля 2004 г. «С чего начинать изучать химию, или Как заинтересовать химией» // Химия (ИД «Первое сентября»). 2004. №33. С. 3-7..

Основные проблемы развития отрасли связаны с экологией. Следует отметить, что в настоящее время развитие промышленности, в том числе химической, существенно обостряет экологические проблемы. Научно-технический прогресс развивает производительные силы, улучшает условия жизни человека, повышает ее уровень. Вместе с тем растущее вмешательство человека вносит в окружающую среду подчас такие изменения, которые могут привести к необратимым последствиям в экологическом и биологическом смысле. Результатом активного воздействия человека на природу является ее загрязнение, засорение, истощение.

В результате хозяйственной деятельности человека изменяется газовый состав и запыленность нижних слоев атмосферы. Так, при выбросе отходов промышленного химического производства в атмосферу попадает большое количество взвешенных частиц и разнообразных газов. Высокоактивные в биологическом отношении химические соединения могут вызвать эффект отдаленного влияния на человека: хронические воспалительные заболевания различных органов, изменения нервной системы, действие на внутриутробное развитие плода, приводящее к различным отклонениям у новорожденных. Например, по данным Волгоградского центра по гидрометеорологии, за последние 5 лет уровень загрязнения пылью, оксидами азота, сажей, аммиаком, формальдегидом увеличился в 2-5 раз. В основном это происходит из-за несовершенства технологических процессов. Высокое загрязнение хлористым водородом и хлорорганическими веществами в южной промзоне Волгограда объясняется частым отсутствием сырья на химических предприятиях, что приводит к работе оборудования на пониженных нагрузках, при которых очень трудно выдерживать нормы технологического режима См.: Александров Ю.В., Борзенко А.С., Поляков А.В. Здоровье населения как критерий социального и экологического состояния территории // Поволжский экологический вестник: Вып. 4. Волгоград, 2003. С. 34..

Основной вклад в загрязнение атмосферы города Волгограда вносят предприятия нефтехимии (35%). Количество вредных веществ, выбрасываемых предприятиями нефтехимии: сероводород - 0,4 тыс. тонн в год, фенол - 0,3 тыс. тонн в год, аммиак - 0,5 тыс. тонн в год, хлористый водород - 0,2 тыс. тонн в год Там же. С. 35. .

Все указанное объясняется рядом факторов, начиная от низкого качества исходного сырья и заканчивая неудовлетворительным состоянием технологического оборудования и пылегазоулавливающих устройств в целом по предприятиям.

Громадный вред пойме наносят промышленные предприятия, например, ПО «Химпром», «Каустик», азотно-кислородный завод г. Волжского, завод органического синтеза, многочисленные пруды-накопители других предприятий. Особый вред наносится почвам с пониженным содержанием гумуса и органики, а также карбонатным черноземам. В них в качестве клеящих веществ могут преобладать тонкие фракции карбонатов, неустойчивые к воздействию кислотных осадков. А удаление фракции липидов под воздействием органических растворителей, выбрасываемых предприятиями в атмосферу, может вместе с другими факторами привести к потере агрономически ценной структуры поливных земель и к выводу их из сельскохозяйственного употребления. Через почву химические вещества могут попадать в продукты питания, воду и воздух См.: Ковшов В.П., Голубчик М.М., Носонов А.М. Использование природных ресурсов и охрана природы. Саранск, 2002. С. 56. .

Отходы промышленного производства поступают в водоемы и быстро разрушают экологические связи, которые складывались в природе тысячелетиями. При хронических воздействиях происходит деградация водных экосистем, расположенных в районе размещения накопителей жидких отходов. Содержащиеся в сточных водах химические вещества могут мигрировать в подземные воды и далее поступать в открытые водоемы. Так, из накопителей сточных вод в подземные воды поступало более 50%, в Мировой океан -- 38% от числа обнаруженных (в сточных водах) компонентов. Жидкие стоки химических производств оказывают неблагоприятное воздействие и на процессы естественного самоочищения воды морей и океанов Там же.. Таким образом, нарушение регламента очистки сточных вод и размещение сточных вод в накопителях и испарителях сопровождается интенсивным загрязнением объектов окружающей среды, в частности, морей и океанов планеты.

Следует отметить, что в последние 5-7 лет качество вод нашей страны несколько улучшилось. Это объясняется тем, что многие ведущие промышленные предприятия свернули свои производственные программы. Так, в 1980-91 гг. в воде Волги ртуть определялась в пределах 0,013-0,069 мк/л, значительно превышая ПДК. Затем (до 1995 г.) ртуть обнаруживалась в меньших концентрациях - до 0,0183 мкг/л, а после 1996 не обнаруживалась. В настоящее время многие (но не все!) показатели Волги с точки зрения хозяйственного и культурно-бытового водопользования не превышают ПДК.

Экологические проблемы возможно решить лишь при стабилизации экономического положения и создании такого экономического механизма природопользования, когда плата за загрязнение окружающей среды будет соответствовать затратам на ее полную очистку.

В целом, можно выделить следующие направления решения экологических проблем, создаваемых химической промышленностью:

Ш соблюдение нормативов, государственных стандартов и иных нормативных документов в области охраны окружающей среды;

Ш работа очистных сооружений, средств контроля;

Ш выполнение планов и мероприятий по охране окружающей среды;

Ш соблюдение требований, норм и правил при размещении, строительстве, вводе в эксплуатацию, эксплуатации выводе из эксплуатации объектов химической промышленности;

Ш выполнение требований, указанных в заключении государственной экологической экспертизы.

Адипиновая кислота

В связи с ужесточением экологических требований в странах Европы и в США рассматривают возможность замены бензола на глюкозу в производстве ряда химических продуктов (синтез адипиновой кислоты и др.) В журнале «Chem. Brit»(1995.-№3.-С...

Альтернативная водородная энергетика как элемент школьного раздела химии: "Физико-химические свойства водорода"

Воздействие энергетики на окружающую среду разнообразно и определяется видом энергоресурсов и типом энергоустановок. Приблизительно 1/4 всех потребляемых энергоресурсов приходится на долю электроэнергетики...

Диоксины и безопасность продовольственного сырья и продуктов питания

История "знакомства" человечества с диоксинами восходит к 30-м годам...

Исторический обзор основных этапов развития химии

Конец средних веков отмечен постепенным отходом от оккультизма, спадом интереса к алхимии и распространением механистического взгляда на устройство природы. Ятрохимия. Совершенно иных взглядов на цели алхимии придерживался Парацельс...

Оценка токсичности наночастиц серебра in vitro

Число наименований наноматериалов и объемы их применения в различных областях науки, медицины, энергетики, промышленности стремительно растут...

Получение биотоплива из растительного сырья

Биоэтанол как топливо нейтрален в качестве источника парниковых газов. Он обладает нулевым балансом диоксида углерода, поскольку при его производстве путём брожения и последующем сгорании выделяется столько же CO2...

Радон, его влияние на человека

В настоящее время остаётся актуальной проблема облучения людей радиоактивным газом радоном. Ещё в XVI веке отмечена большая смертность горняков Чехии, Германии. В 50 - е годы ХХ века появились объяснения этому факту. Было доказано...

Свойства алюминия и области применения в промышленности и быту

Освоение новых месторождений, увеличение глубины скважин выдвигают определенные требования к материалам, применяемым для изготовления деталей и узлов нефте- и газопромыслового оборудования и аппаратуры для переработки продуктов нефти...

Свойства и области применения производных полигуанидинов

Пищевые продукты служат благоприятной средой для развития микроорганизмов. В производственных помещениях с повышенной влажностью микроорганизмы образуют биопленки на поверхности продуктов, производственного оборудования...

Синтез бихромата аммония

(Влияние геологоразведочных работ, добычи и переработки сырья на окружающую среду) Хром относится к высоко токсичным веществам. Действие на живой организм солей хрома сопровождается раздражением кожи или слизистой оболочки...

Современные тенденции и новые направления в науке о полимерах

Среди проектов по физике и физической химии полимеров следует прежде всего остановиться на работах теоретического плана. Теоретическое полимерное направление традиционно являлось в СССР и остается в России очень сильным...

Усовершенствование адресной доставки БАВ к отдельным органам и клеткам-мишеням

8.1.Экологические проблемы Научно-техническая революция позволила расширить и удешевить сырьевую базу для получения минеральных удобрений, организовать массовую перевозку жидких полупродуктов для удобрений (аммиак, фосфорная кислота)...

Химия как отрасль естествознания

Одним из центральных понятий химии служит понятие «химическая связь». Очень немногие элементы встречаются в природе в виде отдельных, свободных атомов одного сорта...

Эфирные масла

Главная проблема на сегодняшний день -- цивилизованное, научно обоснованное применение эфирных масел для профилактики и лечения различных заболеваний и психологических проблем». Но существует и ряд других трудностей...

Химическая промышленность отличается многообразием выпускаемой продукции, применяемых технологий и видами сырья. Это предопределило получение широкого спектра техногенных выбросов, многие из которых отличаются высокой токсичностью.
Из-за разнообразия технологических процессов химическая промышленность является одной из самых трудных для выработки общей стратегии уменьшения объемов выбросов. Некоторые выбросы образуются в больших количествах и определяют экологическую обстановку в регионе.
Решение экологических проблем в отрасли осложнено эксплуатацией значительного числа морально и физически устаревшего оборудования.
Между тем химическую промышленность характеризует высокий уровень очистки вредных веществ. Более 90 % техногенных выбросов, образующихся в отрасли, проходят стадии очистки. Значительная часть процессов организована по замкнутым циклам и малоотходным технологиям.
Из общего объема техногенных выбросов на долю твердых отходов приходится 13,4 %. Жидкие и газообразные выбросы составляют 86,6 %.
Структура газообразных выбросов определяется следующими цифрами, % общего объема отходящих газов: диоксид углерода - 32,6; летучие органические соединения - 24,4; диоксид серы - 19,3; оксиды азота - 8,8; углеводороды - 4,8.
Необходимо отметить, что объем выбросов диоксида серы, оксидов азота и оксидов углерода в значительной степени обусловлен работой ТЭС и котельных, расположенных на территории химических предприятий.
Из общего количества отходов, которые образуются в химической и нефтехимической промышленности, около 30 % используются как вторичное сырье или находят применение в других отраслях промышленности, 20% уничтожаются или сжигаются, остальные складируются на свалках или промышленных полигонах.
Как уже отмечалось, отличительной особенностью химической промышленности является образование высокотоксичных выбросов. Из общего количества твердых отходов, ежегодно образующихся на предприятиях химической промышленности, около (0,9- 1,0) % относятся к 1-му классу опасности, (1,8 -2,0) % - к 2-му, (22,3 - 22,5)%- к 3-му, остальные (74 - 75)%- к 4-му классу опасности.
К 1-му классу опасности отнесены шламы Новотроицкого завода хромовых соединений (г. Новотроицк) и АО «Хромпик» (г. Первоуральск). Ежегодно эти предприятия вырабатывают 90 - 95 тыс. т шламов. В заводских шламонакопителях аккумулировано 2,22 млн т этих отходов.
К 1-му классу опасности относятся отходы оксида ванадия(У). Превышение лимитов по выбросам веществ, содержащих ванадий, отмечено в АО «КАМГЭКС» (г. Пермь).
Ртутьсодержащие отходы, которые образуются на предприятиях химической промышленности, также отнесены к 1-му классу опасности, составляют половину общего количества отходов, образующихся на предприятиях страны в целом. В хлорной производстве (АО «Каустик» г. Волгоград; АО «Саянхимпром» г. Саянск; АО «Капролактам» г. Дзержинск) образовалось около 300 т ртутьсодержащих отходов, большая часть которых складирована на предприятиях или на местных полигонах.
Значительная часть отходов 2-го класса представлена, тыс. т: отработанными растворами соляной кислоты - 140, серной кислоты - 19,5 и кубовыми остатками - 17,5. До 30% отработанной серной кислоты не находит применения. Около 40 % кубовых остатков хлорных производств подвергаются термическому уничтожению. Нахождение путей использования абгазной соляной кислоты в промышленности является насущной технической проблемой.
Крупнотоннажными отходами 3-го класса являются дистиллированная жидкость предприятий по производству соды, нефтешламы, а также цинксодержащие отходы. Годовой объем отходов содовой промышленности составляет около 135 тыс. т. В России работают девять заводов по производству соды. На этих предприятиях накоплено около 25 млн т отходов.
Основное количество цинксодержащих шламов образуется при нейтрализации сточных вод производств вискозных волокон и на предприятиях микробиологической промышленности (2,1 тыс. т в год). Из-за низкой концентрации цинка сточные воды не перерабатывают и они накапливаются в хранилищах.
К 4-му классу опасности отнесены отходы - лигнин, фосфо- гипс и галитовые отвалы. Лигнин образуется на предприятиях микробиологической промышленности. На полигонах накоплено 2,1 млн т лигнина. Проблема его утилизации пока не решена.
Фосфогипс в качестве вторичного продукта получают на заводах по производству минеральных удобрений. К настоящему времени его накоплено более 90 млн т. Предложенные технологии переработки фосфогипса не получили распространения.
Галитовые отвалы образуются на предприятиях по производству калийных удобрений. На промышленных хранилищах его накоплено более 105 млн т.
Хранение отходов 4-го класса опасности связано с отчуждением значительных площадей земель и приводит к закислению почв.
Большинство предприятий химической промышленности имеют оборотные системы водопользования. За счет этого экономится около 90% свежей воды.
Сброс загрязненных сточных вод составляет 1,5 - 1,7 км3 в год. Несмотря на наличие на предприятиях системы очистных сооружений, через многочисленные накопители продолжается загрязнение подземных вод. В районе Ставропольского НПО «Люминофор» ПДК по кадмию, никелю, цинку подземных вод превышена в сотни раз. Постоянному загрязнению подвергаются подземные горизонты в Башкортостане (г. Стерлитамак, ПО «Сода»), в Иркутской области (ПО «Ангарскнефтеоргсинтез», Саянское ПО «Химпром» и АО «Усольскхимпром») и в районе других крупных химических комплексов.
На предприятиях химической промышленности достаточно хорошо организована очистка газовых выбросов, суммарный объем газовых выбросов составляет "/33 всех выбросов от стационарных промышленных источников.
На долю отрасли приходится менее 5% суммарного объема свежей воды, используемой промышленностью России. Более существенен ее вклад в сброс загрязненных сточных вод - "/5 общепромышленного сброса.
В настоящее время намечены основные направления решения серьезных экологических проблем химической промышленности: разработка новых технологий, исключающих или значительно сокращающих образование токсичных выбросов; создание замкнутых энерготехнологических и водооборотных циклов; использование побочных продуктов производства и отходов в качестве вторичного сырья; совершенствование систем очистки промышленных отходов.

Чтобы упорядочить и сделать безопасными все технологические процессы в химии, разрабатываются новые регламенты. В 2003 г. был принят Закон «О техническом регулировании», предусматривающий замену существующих ГОСТов общемировыми стандартами. Каждый отраслевой регламент приобретет силу закона или будет утвержден постановлением правительства.
В 2006 г. Минпромэнерго РФ внесло в правительство проект технического регламента «О безопасности химических производств». По данным Росстата, ежегодно в России на 5% увеличивается число смертельных болезней из-за воздействия опасных химических веществ. В регламенте предусмотрены правила хранения, перевозки, реализации, применения и утилизации химической продукции, которая классифицирована по видам воздействия на человека, степени влияния на окружающую среду - каждому опасному веществу будет присвоен международный класс опасности. В основу регламента положены требования ООН и ЕС по классификации химической продукции и перевозке опасных грузов.

Система "человек - окружающая среда" находится в состоянии динамического равновесия, при котором поддерживается экологически сбалансированное состояние природной среды, при котором живые организмы, в том числе человек, взаимодействуют друг с другом и окружающей их абиотической (неживой) средой без нарушения этого равновесия.

В эпоху научно-технической революции возрастающая ролью науки в жизни общества нередко приводит к всевозможным негативным последствиям использования научных достижений в военном деле (химическое оружие, атомное оружие), промышленности (некоторые конструкции атомных реакторов), энергетике (равнинные ГЭС), сельском хозяйстве (засоление почвы, отравление речных стоков), здравоохранении (выпуск лекарств непроверенного действия) и других областях народного хозяйства. Нарушение равновесного состояния между человеком и окружающей его средой может иметь уже в настоящее время глобальные последствия в виде ухудшения среды обитания, разрушения природных экологических систем, изменения генофонда населения. По данным ВОЗ 20-40% здоровья людей зависят от состояния среды, 20-50% - от образа жизни, 15-20% - от генетических факторов.

По глубине реакции окружающей среды различают:

Возмущение, временное и обратимое изменение среды.

Загрязнение, накопление поступающих извне или генерируемых самой средой в результате антропогенного воздействия примесей техногенного характера (веществ, энергии, явлений).

Аномалии, устойчивые, но локальные количественные отклонения среды от состояния равновесия. При длительном антропогенном воздействии могут наступить:

Кризис среды, состояние, при котором параметры ее приближаются к допустимым пределам отклонений.

Разрушение среды, состояние, при котором она становится непригодной для обитания человека или использования в качестве источника природных ресурсов.

Чтобы предотвратить настолько пагубное действие антропогенного фактора, было введено понятие ПДК (предельно допустимые концентрации веществ) - концентрация веществ, которая не оказывает на человека прямого или косвенного влияния, не снижает работоспособности, не сказывается на здоровье и настроении.

ПДК некоторых загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны

Для оценки токсичности определяют свойства вещества (растворимость в воде, летучесть, рН, температурные и другие константы) и свойства среды, куда оно попало (климатические характеристики, свойства водоема и почвы).

Мониторинг - наблюдение (слежение) за состоянием среды с целью обнаружения изменения этого состояния, их динамики, быстроты и направления. Получаемые в результате длительных наблюдений и многочисленных анализов сводные данные позволяют прогнозировать экологическую обстановку на ряд лет вперед и принимать меры для устранения неблагоприятных воздействий и явлений. Этой работой профессионально занимаются специальные организации - биосферные заповедники, санэпидемстанции, экологические стационары и др.

Отбор пробы воздуха.

Биопроба воздуха может быть относительно небольшой;

В лабораторных условиях биопробу из воздуха формируют в жидком состоянии;

Биопробу отбирают, используя улавливающее устройство: аспиратор для отбора проб, поглотительный прибор Рыхтера с поглотительным раствором. Срок хранения отбираемых проб не более 2 суток;

В замкнутом пространстве пробу воздуха забирают в центре комнаты, на высоте 0,75 и 1,5 м. от пола

Отбор пробы воды.

Пробы отбирают при помощи пипеток, бюреток, мерных колб (демонстрация учащимся).

Отбор пробы жидкости из замкнутого объема проводят после ее тщательного перемешивания.

Отбор биопробы гомогенной жидкости из потока производят через определенные интервалы времени и в разных местах.

Биопробы природной воды для получения достоверных результатов необходимо анализировать в течение 1-2 ч после отбора.

Для отбора биопроб на разной глубине используют специальные пробоотборные устройства - батометры, основной частью которых является цилиндрический сосуд вместимостью 1-3 л, снабженный сверху и снизу крышками. После погружения в жидкость на заданную глубину крышки цилиндра закрывают, и сосуд с пробой поднимают на поверхность.

Отбор пробы твердого вещества.

Биопроба твердых веществ должна быть представительной по отношению к исследуемому материалу (содержать максимально возможное разнообразие в составе исследуемого материала‚ например‚ для контроля качества таблеток целесообразно анализировать не отдельную таблетку‚ а смешивать определенное их количество и отбирать из этой смеси пробу‚ соответствующую средней массе одной таблетки).

При отборе пробы стремятся к возможно большей гомогенизации материала‚ достигаемой механическим способом (растирание‚ размельчение).

Биопробы из твердых биосубстратов преобразуют в жидкофазную биопробу.

Для этого используют специальные технологические приемы: подготовка растворов, взвесей, коллоидов, паст и других жидкообразных сред.

Приготовление водной почвенной вытяжки.

Ход работы: пробу почвы тщательно растереть в ступке. Взять 25 г почвы, перенести в колбу на 200 мл и прилить 50 мл дистиллированной воды. Содержимое колбы тщательно взболтать и дать отстоятся в течение 5-10 мин, а затем после кратковременного взбалтывания отфильтровать в колбу на 100 мл через плотный фильтр. Если фильтрат получился мутный, повторить фильтрование через этот же фильтр до получения прозрачного фильтрата.

Определение показателей‚ характеризующих органолептические свойства воды.

Органолептические свойства нормируются по интенсивности их восприятия человеком. Это запах, привкус, цветность, прозрачность, мутность, температура, примеси (пленка, водные организмы).

Опыт № 1. Определение прозрачности воды.

Реактивы: 3 пробы воды (из разных районов г. Пензы).

Оборудование: 3 мерных цилиндра, пластинка из пластмассы, маркер.

Ход работы. В мерный цилиндр налить разные пробы воды. На дно каждого цилиндра поместить пластинку из белой пластмассы с нанесенными на нее черным несмывающимся крестом. Перед замером воду взболтать. Прозрачность, зависящая от количества взвешенных частиц определяется высотой столба воды в цилиндре (в см), сквозь, который просматривается контур креста.

Определение запаха воды.

Естественные запахи воды связаны с жизнедеятельностью растений и животных или гниением их остатков‚ искусственные запахи с попаданием производственных или сточных вод.

Различают ароматический, болотный, гнилостный, древесный, землистый, плесневелый, рыбный, сероводородный, травянистый и неопределенный запахи.

Силу запаха определяют по 5-бальной системе:

балл - запаха нет или очень слабый (обычно не замечается).

балла - слабый (обнаруживается, если на него обратить внимание).

балла - заметный (легко замечается и может вызвать неодобрительные отзывы о воде).

балла - отчетливый (способный вызвать воздержание от питья).

баллов - очень сильный (настолько сильный, что вода совершенно непригодна для питья).

Определение цветности воды.

Цветность - это природное свойство воды‚ обусловленное наличием гуминовых веществ‚ которые придают ей окраску от желтоватого до коричневого цвета. Гуминовые вещества образуются при разрушении органических соединений в почве‚ вымываются из неё и поступают в открытые водоёмы. Поэтому цветность свойственна воде открытых водоёмов и резко увеличивается в паводковый период.

Реактивы: пробы воды, дистиллированная вода.

Оборудование: 4 химических стакана, лист белой бумаги.

Ход работы: Определение проводится путем сравнения ее с дистиллированной водой. Для этого берут 4 одинаковых химических стакана, заполняют их водой - один дистиллированной, другие - исследуемой. На фоне листа белой бумаги сравнить наблюдаемый цвет: бесцветная, светло-бурая, желтоватая.

Определение показателей‚ характеризующих химический состав и свойства воды.

Такие показатели, как сухой остаток‚ общая жесткость‚ рН‚ щелочность‚ содержание катионов и анионов: Ca 2+ , Na + , HCO 3 - , Cl - , Mg 2+ характеризуют природный состав воды.

Определение плотности воды.

Определение рН (водородного показателя).

На величину рН влияет содержание карбонатов, гидроокисей, солей, подверженных гидролизу, гуминовых веществ и т.п. Данный показатель является индикатором загрязнения открытых водоемов при выпуске в них кислых или щелочных сточных вод. В результате происходящих в воде химических и биологических процессов и потерь углекислоты рН воды может быстро изменяться, и этот показатель следует определять сразу же после отбора пробы, желательно на месте отбора.

Обнаружение органических веществ.

Ход работы: Возьмите 2 пробирки, в одну из них налейте 5 мл дистиллированной воды‚ в другую - исследуемую. В каждую пробирку прибавьте по капле 5% -ного раствора перманганата калия.

Опыт № 7. Обнаружение хлорид-ионов.

Высокая растворимость хлоридов объясняет широкое распространение их во всех природных водах. В проточных водоемах содержание хлоридов обычно невелико (20-30 мг/л). Незагрязненные грунтовые воды в местах с несолончаковой почвой обычно содержат до 30-50 мг/л хлориона. В водах, фильтрующихся через солончаковую почву, в 1 л могут содержаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов. Вода, содержащая хлориды в концентрации более 350 мг/л, имеет солоноватый привкус, а при концентрации хлоридов 500-1000 мг/л неблагоприятно влияет на желудочную секрецию. Содержание хлоридов является показателем загрязнения подземных и поверхностных водоисточников и сточных вод.

Загрязнение окружающей среды - это нежелательное изменение ее свойств, которое приводит или может привести к вредному воздействию на человека или природные комплексы. Наиболее известный вид загрязнения - химическое (поступление в окружающую среду вредных веществ и соединений), но не меньшую потенциальную угрозу несут и такие виды загрязнений, как радиоактивное, тепловое (неконтролируемый выброс тепла в окружающую среду может привести к глобальным изменениям климата природы), шумовое. В основном загрязнение окружающей среды связано с хозяйственной деятельностью человека (антропогенное загрязнение окружающей среды), однако возможно загрязнение в результате природных явлений, например извержений вулканов, землетрясений, падения метеоритов и др. Загрязнению подвергаются все оболочки Земли.

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы — той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.

Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение окружающей среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них — газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 1/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.

Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

Оксид углерода . Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн. т. Оксид углерода является соединение, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

Сернистый ангидрид . Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. т в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 % от общемирового выброса.

Серный ангидрид . Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

Сероводород и сероуглерод . Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

Оксиды азота . Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т в год.

Соединения фтора . Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений — фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

Соединения хлора . Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т предельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Аэрозольное загрязнение атмосферы . Аэрозоли — это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Источники техногенной пыли

Производственный процесс	Выброс пыли, т/год
Сжигание каменного угля	93,600
Выплавка чугуна	20,210
Выплавка меди (без очистки)	6,230
Выплавка цинка	0,180
Выплавка олова (без очистки)	0,004
Выплавка свинца	0,130
Производство цемента	53,370

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже — оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы — искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. куб. м условного оксида углерода и более 150 т пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств — измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды — насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха.

Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия — расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена 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.

Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. 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. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота — в диоксид. Но этого не происходит. 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 количества 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. 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.

С позиций медицины труда черная металлургия характеризуется наличием многочисленных источников образования профессиональных вредностей: пыли, газообразных токсических веществ (триоксида железа, бензола, хлористого водорода, марганца, свинца, ртути, фенола, формальдегида, триоксида хрома, диоксида азота, оксида углерода и др.), лучистого и конвекционного тепла, шума, вибрации, электромагнитных и магнитных полей, высокой тяжести и напряженности труда.

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ — загрязнителей, ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по-разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностноактивные вещества, пестициды).

2.НОРМИРУЕМЫЕ В ВОДЕ И ПИЩЕ ИОНЫ ЭЛЕМЕНТОВ

При оценке качества воды в первую очередь необходимо обращать внимание на концентрации биологически активных (эссенциальных) элементов, которые участвуют во всех физиологических процессах. Отрицательное влияние малых концентраций эссенциальных элементов в питьевой воде. Повышенное содержание в пищевом рационе любого элемента вызывает различные отрицательные последствия. Однако низкие содержания целого ряда элементов также представляют опасность для организма человека.

Среди наиболее распространенных заболеваний, связанных с низким содержанием микроэлементов в питьевой воде, можно назвать эндемический зоб (низкое содержание йода), кариес (низкое содержание фтора), железодефицитные анемии (низкое содержание железа и меди). Среди наиболее распространенных заболеваний, связанных с низким содержанием микроэлементов в питьевой воде, можно назвать эндемический зоб (низкое содержание йода), кариес (низкое содержание фтора), железодефицитные анемии (низкое содержание железа и меди). В качестве примера можно привести результаты работы советско-финской экспедиции, которая обнаружила, что из-за низкого содержания в воде и почве селена населению ряда районов Читинской области угрожает селенодефицитная кардиопатия — болезнь Кешана. Среди макрокомпонентного состава воды особенно негативное влияние на организм человека оказывает низкое содержание в питьевой воде кальция и магния. Так, например, результаты санитарно-эпидемиологических обследований населения, проводимых по программам ВОЗ, показывают, что низкое содержание в питьевой воде Ca и Mg приводит к увеличению числа сердечно-сосудистых заболеваний . В результате исследований в Англии было выбрано шесть городов с самой жесткой и шесть с самой мягкой питьевой водой. Смертность от сердечно-сосудистых заболеваний в городах с жесткой водой оказалась ниже нормы, в то время как в городах с мягкой водой — выше. Более того, у населения, живущего в городах с жесткой водой, параметры деятельности сердечно-сосудистой системы лучше: ниже общее кровяное давление, ниже частота сокращений сердца в покое, а также содержания холестерина в крови. Курение, социально-экономические и другие факторы не влияли на эти корреляции. В Финляндии более высокая смертность от сердечно-сосудистых заболеваний, повышенное кровяное давление и содержание холестерина в крови в восточной части страны по сравнению с западной, по всей видимости, также связаны с использованием мягкой воды, так как другие параметры (диета, физическая нагрузка и т.д.) населения этих групп практически не различаются.

60 — 80% суточной потребности Ca и Mg у человека удовлетворяется за счет пищи. Но значение Ca и Mg в суточном рационе можно оценить, если учесть, что требования ВОЗ к содержанию этих катионов в воде для Ca составляют 80 — 100 мг/л (около 120-150 мг в сутки), а для Mg — до 150 мг/л (около 200 мг в сутки) при общей суточной потребности, например, Ca, равной 500 мг. Показано, что Ca и Mg из воды всасываются в кишечнике полностью, а из продуктов, в которых он связан с белком, — только на 1/3.

Уровень Ca в клетке является универсальным фактором регуляции всех клеточных функций независимо от типа клеток. Недостаток Ca в воде сказывается на увеличении всасывания и токсического действия тяжелых металлов (Cd, Hg, Pb, Al и др.). Тяжелые металлы конкурируют с Ca в клетке, так как используют его метаболические пути для проникновения в организм и замещают ионы Ca в важнейших регуляторных белках, нарушая таким образом их нормальную работу.

К настоящему времени можно с уверенностью утверждать, что мягкая питьевая вода, характерная для северных регионов планеты, с низким содержанием жизненно важных для организма двухвалентных катионов (Ca и Mg) является существенным экологическим фактором риска сердечно-сосудистой патологии и других широко рапространенных Ca-Mg-зависимых региональных заболеваний.

Таким образом, при разработке требований к качеству воды, используемой для питьевых целей, необходимо нормировать и нижний предел содержания целого ряда компонентов.

При более детальном анализе влияния содержащихся в воде биологически активных элементов на здоровье человека необходимо также учитывать форму их нахождения в растворе. Так, фтор в ионном виде, будучи токсичным для человека при концентрациях более 1,5 мг/л, перестает быть токсичным, находясь в растворе в виде комплексного соединения BF4-. Экспериментально установлено, что введение в организм человека значительного количества фтора в виде указанного комплексного соединения исключает опасность заболевания человека флюорозом, так как, будучи устойчивым в кислых средах, это соединение не усваивается организмом. Поэтому, говоря об оптимальных концентрациях фтора, следует учитывать возможность его нахождения в воде в виде комплексных соединений, поскольку и положительное воздействие на человека в определенных концентрациях оказывает именно ион F-.

Как известно, аналитический (определяемый в лаборатории) химический состав природных вод не соответствует реальному составу. Большинство растворенных в воде компонентов, участвуя в реакциях комплексообразования, гидролиза и кислотно-основной диссоциации, объединены в разные устойчивые ионные ассоциации — комплексные ионы, ионные пары и т.д. Современная гидрогеохимия называет их миграционными формами. Химический анализ дает лишь валовую (или брутто-) концентрацию компонента, например, меди, тогда как реально медь может почти целиком находиться в виде карбонатных, хлоридных, сульфатных, фульватных или гидроксо-комплексов, что зависит от общего состава данной воды (биологически активными же и, соответственно, токсичными в больших концентрациях, как известно, являются незакомплексованные ионы Сu2+).