Химия и экология

Химия и экология

Реферат

по химии

ученика 11 А класса

школы №1

Пельц Дмитрия

Кировград

2001 г.

Оглавление:

I. Введение (современная экология и ее проблемы) …………………………………………… II стр.

II. Часть I. (Проблемы и решения)

* Фреоны и озонный щит планеты ..…………………………………………………………… II стр.

* Хлорароматические соединения как глобальные загрязнители ..…………………

III стр.

* Твердые промышленные отходы (ТПО). Источники возникновения ..……………

V стр.

* Проблемы, связанные с ТПО ..……………………………………………………………… VI стр.

* Классификация ТПО ..………………………………………………………………………….. VI стр.

* Техногенное изменение ландшафта ..…………………………………………………. ….. VII стр.

* Рекультивация почв и донных отложений………………………………………………… VIII стр.

* Гигиеническое значение почвы и мероприятия по ее санитарной охране

..……… VIII стр.

* Процесс промывки почвы ..…………………………………………………………………… X стр.

* Состав почвы и распределение загрязняющих веществ ..……………………….…….. X

стр.

* Основные этапы процесса рекультивации почвы и донных отложений ……… XI

стр.

* Инновационные технологии рекультивации почв ..……………………………………... XII

стр.

* Радиационное загрязнение …………………………………………………………………… XIII стр.

* Природный и техногенный радиационный фон ………………………………………… XIII стр.

* Радиоактивное загрязнение ………………………………………………………………….. XIV стр.

* Радиационная безопасность …………………………………………………………………. XIV стр.

* Хранение радиоактивных отходов (РАО) в области …..………………………………. XVI

стр.

* Газовые выбросы ……………………………………………….………………………….…... XVI стр.

Ликвидация газовых выбросов ……………………………………………………………. XVIII стр.

Ликвидация твердых промышленных отходов ………………………………………... XVIII стр.

* Ликвидация жидких промышленных отходов ………………………………………… XIX стр.

* Питьевое водоснабжение …………………………………………………………………… XX стр.

* Питьевая вода ……………………………………………………………………………….… XXI стр.

* Питьевое водоснабжение свердловской области …………………………………….. XXI

стр.

* Подготовка питьевой воды ………………………………………………………………… XXII стр.

* Обработка воды из подземных источников …………………………………………… XXIV стр.

* Технологии очистки грунтовых вод ……………………………………………………… XXV стр.

* Обработка воды из поверхностных источников …………………………………….. XXV

стр.

* Автономная водоподготовка ……………………………………………………………… XXVI стр.

III. Часть II. Практикум

* Задача ……………………………………………………………………………………………. XXVII стр.

IV. Заключение ………………………………………………………………………………………… XXVIII стр.

V. Список литературы ………………………………………………………………………………. XXVIII стр.

Введение

Если на пикник с друзьями

Летом ты идешь к реке

И жестянок — банок гору

Еле тащишь в рюкзаке,

Не трудись пустые банки

Глубже в землю закопать,

Ведь быстрее и удобней

Все их в речку побросать!

А река-то глубока,

Спрячет их наверняка!

Оловянная рыбешка

Будет бить в реке хвостом,

Может быть, ее поймают,

Но ведь это же потом!

СОВРЕМЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ И ЕЕ ПРОБЛЕМЫ

Появление в литературе термина «экология», ставшего названием одной из

дисциплин биологической науки, связывают с имением немецкого

естествоиспытателя Э.Геккеля. В своем труде «Всеобщая морфология

организмов», изданном в 1866 г., он определил экологию (от греч. oikos —

жилище) как науку о домашнем быте живых организмов. «Под экологией, — писал

Э.Геккель, — мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей

средой, куда мы относим в широком смысле все «условия существования».

Рассмотрение истории развития экологии позволяет отметить, что как бы

широко ни трактовался предмет исследования данной науки, она никогда не

претендовала на то, чтобы включить в него проблемы, касающиеся отношений

человека и человеческого общества с окружающей природной средой.

Экологические проблемы человечества образовали самостоятельную сферу

экологического познания — глобальную экологию. Уже в 70-е годы сложилась

практика определять комплекс глобальных проблем человека и природы как

глобальную экологическую проблему, а комплекс наук, исследующих эту

проблему, — как глобальную экологию или экологию человека.

Становлению глобальной экологии предшествовало стремительно

развернувшееся в течение двух лет (с 1968 по 1970 гг.) движение, которое,

по словам известного эколога Ю.Одума, проявилось как «всеобщая

озабоченность проблемами окружающей среды». Рост общественного интереса к

проблемам загрязнения природной среды, дефицита пищи и энергии,

народонаселения был не случаен. Он явился естественной реакцией людей на

обострение взаимоотношений общества с природной средой.

Первой страной, ощутившей отрицательное влияние химического

загрязнения природной среды, стала Япония. В этой стране свыше 80 %

территории испытывает на себе непосредственное влияние промышленного

производства. Японцы первыми заговорили о проблеме «когай», означающей

опасность вреда от загрязнений окружающей среды. Вскоре с этой проблемой

столкнулись и в других странах.

Стратегия природопользования, опиравшаяся на идею могущества человека

и его растущей власти над природой в эпоху НТР, долгое время казавшаяся

незыблемой, на поверку оказалась всего лишь стратегией «яблоневой

плодожорки», пожирающей среду своего обитания. Осознание данной ситуации

способствовало постановке серьезнейших задач как в практической области,

так и в сфере фундаментальных научных исследований. Экологическими

проблемами стали заниматься представители самых разных наук, причем не

только естественных, но и гуманитарных. Обусловлено это тем, что наряду с

необходимостью разработки новой стратегии природопользования и создания

принципиально новых промышленных технологий встала задача экологической

перестройки сознания людей, широкой пропаганды экологических знаний.

Современная «большая» экология развивается в трех основных направлениях,

акцентирующих внимание, во-первых, на проблемах выживания человечества в

условиях обостряющихся противоречий его с окружающей средой, во-вторых, на

необходимости сохранения устойчивости биосферы Земли, испытывающей на себе

антропогенное давление и, наконец, в-третьих, на проблемах сохранения

здоровья человека, оказавшегося в условиях стремительно изменяющейся среды

его обитания. Каковы эти проблемы при более детальном рассмотрении, а также

пути их решения и стали объектом моей работы “Химия и Экология”.

Часть I. Проблемы и их решения

Фреоны и озонный щит планеты

В своей хозяйственной деятельности человечество использует насыщенные

газообразные или жидкие фторуглероды или полифторуглеводороды, часто

содержащие атомы хлора и брома, — так называемые фреоны или хладоны.

Наиболее распространенные фреоны:

CFCL — фреон 11,

CF2C12 — фреон 12,

CHC1F2 — фреон 22,

CF2ClCFCl2 — фреон ИЗ,

CF2ClBr — фреон 12В1,

CF3Br — фреон 13В1.

Все эти вещества в природе естественным путем не образуются,

исключение составляет фреон 11, небольшие количества которого обнаружены в

газовых выбросах вулканов на Курильских островах) и, следовательно,

появление их в атмосфере обусловлено антропогенным вкладом. Фреоны

характеризуются уникальным набором свойств, которые обеспечили им широкое

использование в промышленности. Эти вещества имеют низкие температуры

кипения, не ядовиты, негорючи, взрывобезопасны, химически инертны. Они не

действуют на распространенные конструкционные материалы, а в малых дозах

безвредны для людей. При высоких концентрациях некоторые фреоны обладают

наркотическим (фреон 12), а иногда удушающим действием (фреон 142, фреон

22).

Интенсивное применение фреонов началось в 50-е годы. Их получают реакцией

хлорированных углеводородов с SbF5, HF или KF:

ССl4 + 2HF SbF5 CCl2F2 + 2HCl[pic][pic]

Фреоны являются распространенными хладагентами в холодильниках и

кондиционерах, используются как носители активных химикатов (пропелленты) в

аэрозольных баллончиках, получивших широкое распространение в быту. В такой

удобной для дозировки упаковке выпускают множество продуктов — лекарства,

краски, косметические средства, моющие препараты, инсектициды и др. При

получении пенопластов фреоны применяют для формирования полостей и

пузырьков. Ряд фреонов используют как компоненты огнетушащих составов в

системах автоматического пожаротушения, например фреон 13В 1. Некоторые

фреоны являются незаменимыми растворителями C2Cl3F3. К 1975 г. мировое

производство фреонов достигло 800 тыс. т в год.

Трудно было предположить, что эти, казалось бы безвредные, соединения

могут представлять серьезную угрозу для биосферы в целом. Однако,

оказалось, что фреоны, будучи химически инертными соединениями, при

попадании в тропосферу не разрушаются в ней. Ученые установили, что время

удаления фреонов из океана, обусловленное гидролизом или микробиологическим

разрушением после перехода поверхности газ-жидкость, составляет для ферона

11 — 70 лет, фреона 12 — 200 лет. Действие почвенных микроорганизмов также

незначительно, так как время удаления фреонов из почвы под их воздействием

превышает 10 тыс. лет. Это означает, что попавшие в тропосферу фреоны

медленно диффундируют в стратосферу. Сами по себе фреоны не представляют

опасности для озонового экрана, так как эти вещества инертны по отношению к

озону. Однако специальные наблюдения с помощью воздушных шаров показали,

что свободно мигрирующие в тропосфере без больших потерь фреоны в

стратосфере на уровне более 20 км подвергаются фотохимическому распаду,

выделяя

CF2Cl2 hv CF2Cl* + Cl*

CFCl3 hv CFCl2* + Cl*

длина волны = 185-225 нм

Атомы хлора действуют как сильные катализаторы распада озона.

В разрушении фреонов, кроме УФ-излучения солнца, участвует также

атомарный кислород в возбужденном состоянии, образующийся при

фотодиссоциации озона. По механизму действия на озоносферу к фреонам близки

и некоторые органические растворители, например ССl4 или CH3CCl3.

Галогензамещенные углеводороды, содержащие атомы водорода (CH3CCl3,

CHClF2 и др.), окисляются и гидроксильным радикалом НО и поэтому имеют

более короткое время жизни в атмосфере. Это время определяется как

отношение содержания данного вещества в определенном объеме к интенсивности

его уменьшения в этом объеме. Среднее время жизни, по данным ученых,

составляет для фреона 11 и 12 около 80 лет, СС14 — 50 лет, СН,СС13 — около

10 лет. Очевидно, что даже при гипотетическом полном прекращении всех

выбросов фреонов в атмосферу их содержание будет достаточно высоким еще и в

XXI в. При сохранении же современной скорости уменьшения выброса

галогенсодержащих углеводородов (на 10 % в год) к середине XXI в.

содержание активных соединений хлора в атмосфере увеличится в 10 раз и

более по сравнению с уровнем

50-х гг. до начала промышленного производства фреонов.

Осознание этой опасности побудило ряд государств значительно сократить

или вовсе прекратить производство и применение фреонов. Так, в качестве

пропеллентов для аэрозолей начали использовать пропан, который хотя и

горюч, но дешевле фреонов и не опасен по своим отдаленным последствиям. Для

холодильников предложены менее летучие фторхлорпроизводные углеводороды,

например фреон 113 (tКИП = 47,7 °С) вместо фреона 12 (tКИП = 29,8 °С).

Таким образом, человечество уже делает первые конкретные шаги для

сохранения озонного щита планеты.

Хлорароматические соединения как глобальные загрязнители

Химическая устойчивость ароматических углеводородов и их высокая

токсичность обусловливают повышенную опасность этих веществ при попадании

их в окружающую среду. В природе имеются микроорганизмы, способные

разрушать ароматические ядра до соединений, которые, включаясь в природный

круговорот, в конечном итоге превращаются в СО2 и Н2О. Однако

микробиологическому разрушению подвергаются кольца, содержащие по крайней

мере 2 гидроксильных заместителя в орто- или параположениях. Если же

ароматические углеводороды устойчивы к окислению, то опасность их при

попадании в природную среду резко возрастает из-за их способности

накапливаться в живых организмах. К таким веществам относятся бензол,

третбутилбензол, конденсированные ароматические углеводороды и т.д. Так,

известно, что первый представитель ароматических углеводородов — бензол

представляет опасность для человека. Продолжительное вдыхание даже

небольших количеств паров бензола вызывает хроническое отравление,

утомляемость, головные боли, сонливость, нарушение кровообращения и

нормального состава крови. Функциональные производные бензола также опасны

для живых организмов. Например, фенол является нервным ядом, обладает

прижигающим и раз-

дражающим действием. Фенол легко всасывается через кожу, при длительном

воздействии на кожу опасны

даже 2—3 %-е растворы фенолов и особенно его пары. Однако приоритетными

загрязнителями окружающей среды в настоящее время являются

хлорароматические соединения. Это обусловлено широким использованием в

сельском хозяйстве таких средств защиты растений от вредителей и болезней,

как ДДТ, линдан, гербициды на основе хлорфеноксикарбоновых кислот.

Источником хлорзамещенных ароматических углеводородов являются также

антисептики на основе

пентахлорфенола, полихлорированные бифенилы и полихлорнафталины,

применяемые в качестве него-

рючих изоляционных жидкостей в трансформаторах, пластификаторов, пластмасс,

лаков и лакокрасочных

материалов. Эти соединения используются также в качестве материалов-

носителей, растворителей пес-

тицидов.

Хлорароматические соединения обладают рядом общих свойств, которые

выделяют их среди других органических загрязнителей, острым токсическим

действием на человека и животных, устойчивостью к разложению при попадании

в почву, воду, воздух и способностью мигрирования в них, способностью

накапливаться самих хлорорганических соединений или их еще более токсичных

метаболитов в органах и тканях живых организмов.

При использовании дихлордифенилтрихлорметил-метана — ДДТ возникла

настоящая экологическая

проблема. Это вещество впервые было синтезировано и предложено в качестве

средства борьбы с вреди-

телями сельского хозяйства в 1940 г. швейцарским химиком Паулем Мюллером,

удостоенным за эту ра-

боту Нобелевской премии. Казалось, что применение этого вещества позволит

человечеству справиться со

многими проблемами -- благодаря применению ДДТ резко уменьшился ущерб,

наносимый саранчой и дру-

гими насекомыми-вредителями, миллионы людей были спасены от малярии,

разносимой комарами.

Однако вскоре изумление перед мощью ДДТ изменило радужную окраску на

трагическую. Оказалось, что

ДДТ вредно действует на все организмы, включая водоросли. Уже при

содержании его несколько час-

тей на миллиард падает скорость фотосинтеза, процесса, который является

основным поставщиком

кислорода в атмосферу. Далее выяснилось, что ДДТ, как и многие другие

пестициды, обладает кумулятив-

ным эффектом, вызывает тяжелые последствия — от токсических до мутагенных.

Благодаря устойчивости

ДДТ, он накапливается и передается по пищевым цепям — от растений к

травоядным животным, от них

к хищникам, при этом в каждом последующем звене пищевой цепи содержание ДДТ

увеличивается в 10

раз. В результате накопления препарата его концентрация в организме,

который никогда не соприкасался

с ядом, может достигнуть смертельных доз. Когда в США обнаружили, что в

молоке кормящих матерей

концентрация ДДТ превышает в 4 раза предельно допустимую дозу, применение

его было запрещено. В 1970 г. применение ДДТ запретили и в СССР. Однако в

результате прежнего неограниченного применения ДДТ сегодня на Земле в

биологическом круговороте находится около миллиона тонн этого препарата в

силу чрезвычайно малой скорости его разложения (10 лет). Кроме того, в

природной среде ДДТ способен превращаться в-еще более опасное соединение

ДДЭ, поскольку последнее вещество еще медленнее, чем ДДТ метаболизируется и

разрушается.

К сожалению, токсическое и мутагенное действие на организм человека

свойственно не только ДДТ и ДДЭ, но и многим другим пестицидам.

Еще более опасны по своим отдаленным последствиям по сравнению с

хлорированными ароматическими углеводородами полихлорированные

полициклические соединения типа полихлордибензо-п-диоксинов и

полихлордибензофуранов:

Известно, несколько десятков изомерных дибензо-п-диоксинов и

дибензофуранов, содержащих от 1 до 8 атомов хлора в различных положениях и

отличающихся друг от друга своими свойствами и токсичностью. Наиболее

токсичными являются 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин и 2,3,7,8-

тетрахлордибен-зофуран. Эти вещества обладают чрезвычайно высокой

биологической активностью и высокой химической стабильностью в природе и

живых организмах, свободно переносятся по цепям питания. Даже в ничтожных

концентрациях эти соединения подавляют иммунную систему организмов,

повышают тем самым чувствительность к инфекционным заболеваниям, особенно

вирусным, снижают умственную и физическую работоспособность. При содержании

несколько частей на триллион эти примеси оказывают мутагенное и

канцерогенное воздействие, поражают нервную систему, нарушают детородные

функции.

Накопление полихлорполициклических соединений началось в период

развертывания производств гексахлорана и ДДТ, особенно после пуска

производств полихлорфенолов и хлорированных дифенилов. Наибольшую

известность проблема диоксинов получила в результате массовых поражений

населения, животных и растений в Южном Вьетнаме, где с 1961 по 1971 гг.

армией США было применено около 100 тыс. т гербицидов и дефолиантов,

половину из которых составлял 2,4,5-Т, содержащий в своем составе до 100 ч

на 1 млн 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксина. Позже было установлено, что

хлорированные диоксины образуются также на целлюлозных заводах при

отбеливании пульпы хлором, в воде при ее хлорировании с целью

обеззараживания. Диоксины выделяются также при неконтролируемом сжигании

отходов, содержащих поливинилхлорид или не содержащих хлор органических

веществ в присутствии веществ — доноров хлора. Так, обычная мусоросжигалка

можетстать поставщиком этих ядовитых соединений в природную среду.

Таким образом, несмотря на прекращение производства и запрещение

применения хлорароматических соединений, опасность загрязнения ими

окружающей среды продолжает существовать и в последнее время приобретает

новые аспекты.

ТВЁРДЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ОТХОДЫ

ИСТОЧНИКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

В Свердловской области, где наибольшее развитие получили отрасли

тяжелого, энергетического и химического машиностроения, горнорудной и

металлургической промышленности, в результате интенсивной хозяйственной

деятельности образуется значительное количество отходов производства и

потребления.

Ведущее место в промышленности области занимают черная и цветная

металлургия. Большая часть предприятий области являются крупнейшими в

стране. Среди горнодобывающих и металлургических предприятий выделяются:

Качканарский горнообогатительный комбинат и Нижнетагильский

металлургический комбинат (НТМК), Первоуральский новотрубный завод,

Северский трубный завод (г. Полевской) и Синарский трубный завод (г.

Каменск-Уральский), Богословский алюминиевый завод (г. Краснотурьинск) и

Уральский алюминиевый завод (г. Каменск-Уральский), Среднеуральс-кий

медеплавильный завод (г.Ревда) и Кировградский медеплавильный комбинат,

«Святогор» (г. Красноуральск), «Уралэлектромедь» (г. Верхняя Пышма),

«Севуралбокситруда», Серовский завод ферросплавов и Ключевской

ферросплавный завод, Кировградский завод твердых сплавов.

Другой основной отраслью области является машиностроение, которое

ориентировано на выпуск химического, нефтепромыслового, металлургического,

электротехнического оборудования, экскаваторов, паровых и газовых турбин,

вагонов, сельскохозяйственных машин, мотоциклов, радиоэлектронной

аппаратуры, продукции оборонного назначения. Среди предприятий

машиностроительного комплекса крупнейшими являются предприятия: «Уралмаш»,

«Уралэлектротяжмаш», «Уралхиммаш», Турбомоторный завод, расположенные в г.

Екатеринбурге, «Уралвагонзавод» (г. Нижний Тагил), «Уралгидромаш» (г.

Сысерть).

Крупнейшим предприятием по производству строительных материалов

является «Ураласбест»

Основными видами продукции химико-лесного комплекса являются —

пластмассы, синтетические смолы, шины, резинотехнические изделия, серная

кислота, минеральные удобрения, деловая древесина, пиломатериалы, бумага,

картон, фанера, древесноволокнистые и древесностружеч-ные плиты. Ведущими

предприятиями области этой отрасли являются «Уралхимпласт» (г. Нижний

Тагил), «Хромпик» (г. Первоуральск), Шинный завод, Завод резинотехнических

изделий (г. Екатеринбург) и предприятия деревообрабатывающей

промышленности.

Всего по области на начало 1996 года накоплено 34,57 млрд. тонн

токсичных и нетоксичных отходов (в том числе 30 млн. м3 бытовых отходов),

3,9 млн. штук ртутных ламп и 35 млн. м3 нетоксичных отходов. Эти данные не

являются полными из-за незавершенной инвентаризации большинства хранилищ.

За 1995 г. на предприятиях области образовалось 148,6 млн. т (в 1994 г. —

234,7 млн. т) токсичных и нетоксичных отходов, 386 тыс. штук ртутных ламп и

3,7 млн. т (в 1994 г. — 5,9) нетоксичных отходов (в т.ч. 1,8 млн. м3

бытовых отходов). Для сравнения, в Великобритании ежегодно производится 207

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6