Опубликован: 30.01.2013 | Доступ: свободный | Студентов: 3597 / 855 | Длительность: 15:35:00
Тема: Экология
Специальности: Эколог
Лекция 3:

Виды и формы нарушений и загрязнений природной среды

< Лекция 2 || Лекция 3: 12 || Лекция 4 >
Аннотация: Загрязнением среды считается внесение в нее новых, не свойственных ей составляющих. Поступление загрязнений изменяет функционирование экосистемы: изменяются потоки энергии и вещества, продуктивность, численность популяций и др. Загрязнение может иметь механическую, физическую, химическую и биологическую природу.

Виды загрязнений окружающей среды

Механическое загрязнение - это пыль и мусор. Физическое загрязнение связано с изменением физических параметров: тепловых, световых, электромагнитных, звуковых, радиационных. Тепловое загрязнение связано с промышленными выбросами теплой воды и газов. Любые звуки, генерируемые неприродными источниками, могут рассматриваться как шумовые, поскольку отсутствовали в период эволюции человека. Шумовое загрязнение сокращает продолжительность жизни на 8-12 лет. Примерами химического загрязнения являются пестициды, тяжелые металлы, разливы нефти. Биологическое загрязнение - это проникание в экосистемы чуждых им животных, растений и микроорганизмов.

Распределение нефти по поверхности водоема нарушает процессы газообмена, испарения и теплообмена воды с атмосферой. Процессы массопереноса играют важнейшую роль в распространении загрязнений: за счет испарения воды загрязняется атмосфера, переход загрязненной воды в почву или биоту вызывает их загрязнение.

В зависимости от агрегатного состояния различают твердые, жидкие и газообразные загрязнения. Например, промышленная пыль, образующаяся в результате деятельности человека, бывает бесполезной (продукты бурения, сгорания, износа, истирания) и полезной (цемент, гипс, сажа). Жидкие загрязнения - туманы, капли, разливы, конденсат. Газообразные выбросы - продукты горения, испарения, выпаривания.

В зависимости от масштабов распределения загрязнений выделяют глобальные (биосферные), региональные и локальные загрязнения. Примерами глобальных загрязнений служат загрязнение космического пространства космическим мусором, загрязнение атмосферы озоноразрушающими веществами, радиоактивное загрязнение, загрязнение Мирового океана нефтепродуктами. В современном нефтедобывающем комплексе применяется более двух тысяч разновидностей химических соединений, которые по генезису чужды естественным потокам веществ.

Влияние или воздействие предприятия на ОС происходит в результате обмена веществом и энергией с природными компонентами, когда в ОС происходят количественные и качественные изменения. При этом изменения (нарушения или загрязнения) могут превышать или не превышать предельно допустимые нормативы (ПДВ, ПДС, ПДУ). Показатели воздействия определяют их необходимую регламентацию и количественно выражаются в виде интенсивности воздействия и опасности воздействия.

Интенсивность воздействия на ОС характеризует величину нарушения или загрязнения I_3 в единицу времени: г/с, т/год, га/год. Опасность воздействия на ОС - это соотношение между реальной интенсивностью воздействия и нормативной. Если это соотношение больше единицы, то опасность техногенного воздействия существует:


I_3/ПДB>I; I_3/ПДС>1.

Нарушения в результате воздействия производства происходят в некоторых границах (в виде контура или ареала) природно-технической системы. Их типы:

  • геомеханический тип нарушений - это деформации горного массива (уплотнение, разрыхление, появление трещин, прогибов, провалов), появление насыпей и строений;
  • гидродинамические типы нарушений - это затопление рельефа или истощение водотоков, подтопление грунтовыми водами или образование депрессионной воронки;
  • аэродинамические типы - изменение направления потока в приземном слое, температурные инверсии:
  • биоморфологические типы - уменьшение продуктивности и ареала распространения, угнетение, уничтожение, изменение видового состава фито- и зооценоза.

При оценках воздействия нефтегазопромысловых предприятий, регламентации их деятельности, организации системы мониторинга, планировании реабилитации природных комплексов принципиальное значение имеют типы загрязнений.

Литосферное загрязнение может быть вызвано проливом нефтепродуктов, пылью, органическими растворами и растворами металлов, изменением геотермического режима, проведением взрывов.

Водотоки и водоемы загрязняются растворенными химическими веществами, изменением минерализации, мутности и температуры воды.

Атмосферные газообразные загрязнители представлены оксидом углерода, окислами серы, фенолами, органическими соединениями; жидкие загрязнители - масляным туманом, тонкими брызгами; твердые загрязнители - пылью, сажей, смолистыми веществами. К физическим загрязнениям атмосферы относят тепловые выбросы, акустические и электромагнитные колебания.

Для фитоценозов свойственны загрязнения в форме самозарастания; для зоо- и микробиоценозов загрязнением является увеличение численности определенного вида животных или микроорганизмов.

Под устойчивостью природных систем понимается их способность противостоять техногенным воздействиям или способность возвращаться к исходным структуре и функциям после снятия техногенных нагрузок. Так. для ландшафтов криолитозоны системы считаются устойчивыми, если самовосстановление компонентов происходит за 1-2 года. Крайне неустойчивые системы не способны к реабилитации, не выдерживают даже малых нагрузок.

Особенно большой ущерб ОС наносят аварии, приводящие к залповым выбросам и сбросам поллютантов в природные среды, а также пожары. Аварийные сбросы загрязняют большие пространства за короткие периоды, меньшие, чем период самовосстановления экосистем. Пожары сопровождаются горением нефтепродуктов в условиях высоких температур, наносят "стрессовые удары" по воздуху, воде, почве и растительности.

Длительное по времени превышение нормативов нагрузок обусловливает хроническое загрязнение ОС. Подобное загрязнение приводит к превышению пределов самоочищения природных компонентов, вследствие чего наступает деградация экосистем. При проведении регламентации деятельности предприятий устанавливают допустимые границы его воздействия на ОС.

Углеводороды как загрязнители окружающей среды

В нефти установлено более 500 индивидуальных соединений, из которых основными являются углеводороды. В целом химический состав нефти определяется районом добычи и характеризуется следующими данными: углерод около 85; водород около 14; кислород до 0,3; азот до 1,5; сера до 5,5%. В состав всех типов нефти входят алканы (15-55%), нафтены (30-55%), арены (5-55%), асфальтены и смолы (2-15%). Смолы и асфальтены содержат основную часть микроэлементов нефти, в том числе почти все металлы.

Нефтяное загрязнение природной среды является опасным, что связано с высокой токсичностью и миграционной способностью отдельных компонентов нефти. На земной поверхности нефть оказывается в качественно новых условиях: анаэробная обстановка с медленными темпами геохимических процессов сменяется аэрированной средой. Разрушение нефти и нефтепродуктов происходит за счет химического окисления и биогенного разложения. В зависимости от условий скорости этих процессов могут быть различными. Например, арены хорошо растворимы в воде, но более инертны к химическому окислению, чем алканы.

Легкая фракция нефти - наиболее подвижная ее часть. Метановые углеводороды легкой фракции, присутствующие в загрязненных почвах, водной и воздушной сферах, растворимы в воде и оказывают наркотическое и токсическое действие на живые организмы. Эта фракция легко мигрирует в почвах и водоносных горизонтах. На поверхности углеводороды легкой фракции в первую очередь подвергаются процессам разложения и наиболее быстро перерабатываются микроорганизмами. Скорость биодеградации углеводородов уменьшается в ряду алканы \rightarrow ароматические углеводороды \rightarrow циклопарафины.

Сорбция компонентов нефти горными породами (грунтами) и почвами происходит в жидкой фазе, в основном сорбируются смолы, асгральтены и нафтеновые кислоты. Нефтъ при разливе ухудшает состав корневого питания растений, что резко снижает урожайность. Покрывая пленкой водную поверхность, 1 т нефти образует на поверхности водоема сплошную пленку площадью 2,6 км^2. При этом нарушается кислородный, утлекислотный и другие виды газового обмена. При концентрации нефтепродуктов в воде около 1 г/м^3 подавляется жизнедеятельность фитопланктона.

При большом содержании метана в воздухе отмечается резкое падение парциального давления и содержание кислорода. В результате длительного контакта с углеводородами у рабочих развиваются вегетативные нарушения: появляется бессонница, головная боль, покраснение кожи, снижается обоняние, повышается утомляемость. Концентрация паров нефти от 100 мг/дм^3 опасна для жизни даже при вдыхании в течение 5 мин.

Прочие химические вещества-загрязнители

Оксид углерода образуется при сжигании попутных нефтяных газов (ПНГ), а также в результате дегазации нефти и пластовых вод. Опасные концентрации наступают при содержании СО в воздухе в количестве от 300 мг/м^3 и выше. Это токсичный бесцветный газ без вкуса и запаха с плотностью по воздуху 0,967. При вдыхании воздуха, содержащего небольшое количество СО, происходит глубокое отравление организма вследствие образования стойкого соединения СО с гемоглобином крови. Высокие концентрации СО в воздухе вызывают обильное слезотечение, удушье, головокружение, боли в желудке. Смерть наступает через несколько часов после отравления от отека гортани или легких. При концентрации 0,5% СО в воздухе смерть наступает через 2-3 вдоха.

Диоксид углерода поступает в атмосферу за счет сжигания топлива, дегазации нефти и пластовых вод. Оказывает раздражающее действие при концентрации в воздухе 4-5%; при содержании CO_2 в воздухе 10% происходит сильное отравление.

Сернистые соединения выделяются из сернистой нефти, природного газа, конденсата и являются токсичными веществами. При термическом воздействии на нефть сера, дегидрируя углеводороды, образует сероводород H_2S. Остаточная сера объединяет те соединения, которые при температурной обработке не вступают в реакции. Чем больше таких соединений, тем меньше вероятность образования H_2S.

Меркаптаны - высокотоксичные органические серосодержащие газы и легколетучие бесцветные жидкости с плотностью меньше единицы. Образуются при термическом воздействии на нефть. Обнаруживаются в воздухе нефхгепромыслов в концентрациях 2\cdot 10^{-9} мг/л. Хорошо проникают через кожу, вызывают тошноту и головную боль вследствие отвратительного запаха, обладают наркотическим эффектом.

Сероводород - бесцветный ядовитый газ с плотностью по воздуху 1,19 с неприятным запахом, который ощутим даже при незначительных концентрациях 1,5-2,0 мг/м^3. При больших концентрациях ощущение запаха ослабевает вследствие паралича нервных окончаний. Легко растворяется в воде и переходит в свободное состояние. ПДК сероводорода в воздухе рабочей зоны 3 мг/м^3, в атмосферном воздухе населенных мест - 0,008 мг/м^3. При концентрации 1000 мг/м^3 смерть наступает мгновенно.

Сернистый ангидрид - токсичный бесцветный газ с острым запахом. Длительное воздействие вызывает хроническое отравление: возможны поражение печени, системы крови и развитие пневмосклероза. Концентрация в воздухе свыше 300 мг/м^3 приводит к потере сознания в течение 1 мин. Некроз деревьев начинается при содержании SO_2 в воздухе 2-5 мг/м^3. Это газ разрушает хлорофилл листьев и замедляет процесс фотосинтеза.

Двуокись азота - бурый газ с удушливым запахом, при температуре 140^{\circ}С начинает распадаться на NO и O_2. Оказывает сильное влияние на легкие человека с развитием бронхита, эмфиземы легких, астмы.

Сажа - продукт неполного сгорания или термического разложения углеродистых веществ. Это тонкий черный порошок, состоящий на 89-99% из углерода, способен вопламеняться в присутствии открытого огня. При содержании сажи в воздухе более 8% ее рассматривают как взрывоопасное вещество. Истинная плотность сажи 1750-2000 кг/м^3. Контакты с сажей вызывают конъюнктивит.

Бензапирен и другие полициклические ароматические углеводороды содержатся в нефти и природных битумах. Это типичный химический канцероген класса опасности 1. Кристаллический бензапирен хорошо сохраняется, в растворах быстро окисляется, обладает заметной летучестью при температурах ниже точки плавления. Присутствует во всех компонентах ОПС. Может поступать через кожу и органы дыхания. ПДК_{рз} составляет 0,15 мкг/м^3.

Синтетические ПАВ являются распространенным и токсичным химическим загрязнителем водоемов при бурении скважин, сборе и транспортировке нефти. ПАВ образуют стойкие пены, снижают эффективность биохимических методов очистки сточных вод, прекращают рост водорослей. Токсическое действие ПАВ проявляется при концентрациях в воде около 2,0 г/м^3.

Сульфатное и хлоридное загрязнение - наиболее часто встречаемый вид химического загрязнения гидросферы нефтепромыслов. При утечках нефгти и пластовой воды выводятся из хозяйственного использования поверхностные, подземные воды и почвенный покров.

Практика геоэкологических исследований относит к наиболее опасным для биоты химическим элементам Hg, Be, Pb, As, Cd, Сг, Ni, Со, Se, Cu. Растения избирательно накапливают химические элементы, а затем по трофическим цепям они попадают в организм человека.

Тепловое загрязнение

В определенных условиях воздействие физических полей может оказать на здоровье людей не меньший отрицательный эффект чем химическое загрязнение ОПС. Общепризнано, что причины неустойчивости ОС кроются в масштабном использовании человеком энергии ископаемого топлива. В 70-х и 90-х гг. XX столетия мировое потребление энергии составляло, соответственно, 5 и 8 млрд т нефтяного эквивалента. В настоящее время эта цифра возросла до 13 млрд т. Суммарное техногенное поступление тепловой энергии приближается к значению 10 ТВт. Основными способами снижения теплового загрязнения ОС являются уменьшение энергопотребления, улучшение конструкции преобразователей энергии и увеличение эффективности использования солнечной энергии.

При производстве 1 кВт\cdot ч электроэнергии наТЭС в атмосферу и воду поступает, соответственно, 400 и 135 ккал тепла, на АЭС - 130 и 1900 ккал. Для рассеивания тепла станции мощностью 3000 МВт требуется 1800 га водной поверхности.

Основные последствия теплового загрязнения водного объекта:

  • усиливается испарение воды;
  • уменьшается содержание растворенного кислорода и одновременно растет потребность в кислороде для дыхания организмов;
  • происходит смена обычной водной флоры синезелеными водорослями, продукты отмирания которых токсичны.

Для экосистемы естественного водоема критической считается температура 28^{\circ}C. К единственному нормативу, ограничивающему тепловое загрязнение водных объектов, можно отнести требование не увеличивать среднюю температуру воды более чем на 3^{\circ}C.

< Лекция 2 || Лекция 3: 12 || Лекция 4 >
Райхан Жуманова
Райхан Жуманова
Если я прошла курс где мой сертификат
Ольга Воробьева
Ольга Воробьева
Екатерина Попова
Екатерина Попова
Россия, г.Барнаул