Классификация загрязнителей окружающей среды

Загрязнение окружающей природной среды — это внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых и (или) неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего данная система разрушается или снижается се продуктивность.

Загрязнителем может выступать любой физический агент, химическое вещество и биологический вид, попадающие в окружающую среду или возникающие в ней в количествах, выходящих за рамки своей обычной концентрации, предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время.

Пыль, вредные газы и пары поступают в окружающую среду в самых разных количествах. Попадая в организм человека, вредные вещества могут вызвать отравление. Физиологическое влияние вредных веществ на организм человека зависит от их концентрации (запыленности), характера и времени воздействия, токсичности, кумулятивного действия, а для пыли, кроме того, и от дисперсности.

Под концентрацией вредных веществ (запыленностью) понимается их содержание в единице объема или массе воды (воздуха). Существует несколько способов выражения концентрации: массовая, объемная, в долях, в процентах и др. При санитарной оценке воздуха пользуются объемно-массовой концентрацией — содержанием массы загрязняющего вещества (мг) в 1 м³ воздуха. Такое выражение концентрации удобно для любого агрегатного состояния вредных веществ: газов, паров, твердых веществ, капельно-жидкого состояния.

Различают концентрацию разовую, среднесуточную и среднюю за более длительный промежуток времени — среднемесячную и среднегодовую. Осредненными концентрациями характеризуют атмосферный воздух. Под разовой концентрацией понимают содержание загрязняющих веществ в воздухе при кратковременном отборе проб (до 20 мин.). Наивысшее значение концентрации, полученное при анализе многократно отобранных проб воздуха, называют максимальной разовой концентрацией.

Концентрации по эффекту действия на организм человека могут быть предельно допустимыми, опасными для жизни и смертельными. При нормировании состояния окружающей среды приняты предельно допустимые концентрации (ПДК). Под предельно допустимой концентрацией понимается такое количество вредного вещества, которое при ежедневном длительном воздействии на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений в нем или заболеваний, обнаруживаемых современными методами исследования. Нормативные документы [7, 9] устанавливают ПДК вредных веществ для воздуха рабочей зоны и воздуха населенных мест. С позиции экологии ПДК конкретных веществ представляют собой верхние пределы лимитирующих факторов среды (в частности, химических соединений), при которых содержание данных факторов не выходит за допустимые границы экологической ниши человека.

Помимо концентрационных пределов, вредные вещества характеризуются канцерогенностью, мутагенностью, аллергенностью и другими медико-биологическими признаками.

Ингредиенты загрязнения — это тысячи химических соединений, особенно металлы или их оксиды, токсичные вещества, аэрозоли природного и антропогенного происхождения (рис. 1.2). Поданным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), в практике в настоящее время используется до 500 тыс. химических соединений. При этом около 40 тыс. соединений обладают вредными для живых организмов свойствами, а 12 тыс. — токсичны.

Наиболее распространенные загрязнители — зола и пыль различного состава, оксиды цветных и черных металлов, различные соединения серы, азота, фтора, хлора, радиоактивные газы, аэрозоли и т. п. Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха приходится на долю оксидов углерода — около 200 млн тонн в год, пыли — около 250 млн тонн в год, золы — около 120 млн тонн в год, углеводородов — около 50 млн тонн в год. Прогрессирует насыщение биосферы тяжелыми металлами — ртуть, галлий, германий, цинк, свинец и т. д. При сжигании топлива, особенно угля, с золой и отходящими газами в окружающую среду поступает больше, чем добывается из недр: магния — в 1,5 раза, молибдена — в 3 раза, мышьяка — в 7 раз и т. д.

Антропогенные источники загрязнения весьма разнообразны. В их числе не только промышленные предприятия и теплоэнергетический комплекс, но и бытовые отходы, отходы животноводства, транспорта, а также химические вещества, вводимые человеком в экосистемы для защиты полезных продуктов от вредителей, болезней, сорняков.

С точки зрения загрязнения экологической системы в целом важно различать загрязнения стойкие и разрушающиеся биологическим процессом (рис. 1.2).

Стойкие загрязнители в естественных условиях либо не разрушаются совсем, либо разрушаются очень медленно. Эти загрязнения могут биологически усиливаться или образовывать другие ядовитые вещества. Единственно возможный способ «очистки» от этих загрязнений — это их изъятие из системы жизнеобеспечения окружающей среды. Однако это связано с большими расходами. Поэтому наиболее разумное решение — запретить выброс этих веществ или прекратить их производство. К стойким загрязнителям относятся соли ртути, фенольные соединения с длинной цепью, ДДТ и т. д.

Разрушающиеся загрязнители — это материя, для которой существуют естественные механизмы переработки. Примером может служить тепловое загрязнение. Проблемы с разрушающимися загрязнителями возникают тогда, когда их поступление в окружающую среду превышает ее способность разлагать или рассеивать их. По Ю. Одуму, чтобы не перешагнуть за предельные возможности биосферы, надо сохранить для каждого человека примерно 2 га биологически продуктивного пространства суши и пресных вод, а также океан.

По области действия загрязнители окружающей среды можно разделить на:

• • локальные (частные), которые влияют на отдельные звенья экологической системы (как правило, это антропогенные загрязнения);
• • общие (предельные), разрушающие всю экологическую систему.

Непосредственными объектами загрязнения — акцепторами (лат.

accipio — «принимать, получать») загрязняющих веществ — являются основные компоненты экотопа: атмосфера, вода, почва. Косвенными объектами загрязнения являются составляющие биоценоза: растения, животные, микроорганизмы.

Загрязнители по фактору воздействия на биоту можно разделить на химические, биологические и физические (см. рис. 1.2.). Природой распространения химических и биологических загрязнителей являются, как правило, диффузия, конвекция или механическое перемешивание, а физических (кроме конвективной теплоты) — волновое движение.

За основу классификации загрязнителей может быть принята среда распространения (атмосфера, гидросфера и литосфера), а для химических — их химическая формула: органические и неорганические загрязнители.

Кроме того, химические загрязнители классифицируются по агрегатному состоянию, применяемым методам обезвреживания, степени токсичности загрязнений и т. д. (рис. 1.2.1).

В зависимости от агрегатного состояния химические загрязнители подразделяются на твердые, жидкие, газообразные и смешанные. Газообразные выбросы делят на сильно нагретые (избыточная температура свыше 300°С), нагретые (избыточная температура от 100 до 300°С), слабо нагретые (избыточная температура от 20 ^е до 100 °С), изотермические (избыточная температура равна нулю) и охлажденные (избыточная температура ниже нуля градусов Цельсия).

Рис. 1.2. Классификация загрязнений окружающей среды.

Рис. 1.2.1. Классификация загрязнений окружающей среды (химические загрязнители).

Химические загрязнители в некоторых случаях подразделяются на выбросы в атмосферу, сточные воды и твердые отходы. Классификация выбросов вредных веществ атмосферу устанавливается государственным стандартом [12], согласно которому выбросы подразделяются на классы по агрегатному состоянию и массе веществ, выбрасываемых в единицу времени (обычно тонны в сутки).

Загрязнители по токсичности в зависимости от степени воздействия на организм человека делятся по классам токсичности следующим образом:

• • 1 класс — чрезвычайно опасные;
• • 2 класс — высокоопасные;
• • 3 класс — умеренно опасные;
• • 4 класс — малоопасные.

По характеру воздействия на организм человека вредные вещества подразделяются на:

• • отравляющие;
• • удушающие;
• • наркотические.

Основными физико-химическими характеристиками газообразных загрязнителей являются химический состав, плотность и температура, а для парообразных, кроме того, — летучесть и упругость. Массовая концентрация всех выбросов выражается в мг/м³ или г/м³ и приводится к нормальным условиям, то есть к температуре 20 °C и давлению 760 мм рт. ст.

Физико-химический состав промышленной пыли зависит в основном от материала, из которого она образовалась, и механизма ее образования. Механизм образования пыли определяет ее дисперсный состав. Различают крупнодисперсную (более 10 мкм) и мелкодисперсную (менее 10 мкм) пыль. Однако существуют и используются и более детальные классификации пыли по размерам и структуре. По структуре пыль может быть аморфной, кристаллической, волокнистой и пластинчатой.

Производственные сточные воды характеризуются рядом параметров: количеством и физико-химическими свойствами растворенных, эмульгированных и взвешенных веществ, степенью их токсичности, щелочностью или кислотностью, органолептическими характеристиками (запах, вкус, цвет).

Окружающая природная среда может быть загрязнена биологическими загрязнителями, которые по своему виду подразделяются на бактерии, грибы, вирусы, растения и животные (рис. 1.2.2). Особый интерес представляют бактериальные загрязнители — основные загрязнители открытых и закрытых водоемов и почв. Бактериальные загрязнители по эпидемиологическому признаку классифицируются как патогенные и непатогенные.

Рис. 1.2.2. Классификация загрязнений окружающей среды (биологические загрязнители).

Рис. 1.2.3. Классификация загрязнений окружающей среды (физические загрязнители).

К физическим загрязнителям окружающей природной среды относят (рис. 1.2.3):

• • теплоту, вызывающую тепловое (термальное) загрязнение, возникающее в результате повышения температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретых отходящих газов и воды;
• • звук, вызывающий шумовое загрязнение и возникающий в результате увеличения интенсивности и повторяемости шума сверх природного уровня;
• • свет, вызывающий световое загрязнение — нарушение естественной освещенности местности и инсоляции, приводящее к аномалиям в жизни растений и животных;
• • вибрацию, вызывающую профессиональное заболевание — вибрационную болезнь;
• • электромагнитное излучение от различных источников (линии электропередач, радио, телевидение, работа некоторых промышленных установок и т. п.), приводящее к глобальным и местным геофизическим аномалиям и изменениям в тонких биологических структурах;
• • ионизирующее излучение, приводящее к радиоактивному загрязнению — повышению естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ.