Реферат: Химия и экология

Реферат: 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)

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

v  Хлорароматические соединения как глобальные загрязнители ..…………………     III стр.

v  Твердые промышленные отходы (ТПО). Источники возникновения ..……………     V стр.

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

v  Классификация ТПО ..…………………………………………………………………………..    VI стр.

v  Техногенное изменение ландшафта ..…………………………………………………. …..  VII стр.

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

v  Гигиеническое значение почвы и мероприятия по ее санитарной охране ..……… VIII стр.

v  Процесс промывки почвы ..……………………………………………………………………    X стр.

v  Состав почвы и распределение загрязняющих веществ ..……………………….……..  X стр.

v  Основные этапы процесса рекультивации почвы и донных отложений ……… XI стр.

v  Инновационные технологии рекультивации почв ..……………………………………... XII стр.

v  Радиационное загрязнение …………………………………………………………………… XIII стр.

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

v  Радиоактивное загрязнение ………………………………………………………………….. XIV стр.

v  Радиационная безопасность …………………………………………………………………. XIV стр.

v  Хранение радиоактивных отходов (РАО) в области …..………………………………. XVI стр.

v  Газовые выбросы ……………………………………………….………………………….…... XVI стр.

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

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

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

v  Питьевое водоснабжение ……………………………………………………………………    XX стр.

v  Питьевая вода ……………………………………………………………………………….…    XXI стр.

v  Питьевое водоснабжение свердловской области ……………………………………..   XXI стр.

v  Подготовка питьевой воды …………………………………………………………………   XXII стр.

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

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

v  Обработка воды из поверхностных источников ……………………………………..    XXV стр.

v  Автономная водоподготовка ………………………………………………………………   XXVI стр.

III.   Часть II. Практикум

v  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

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 млн. т твер­дых отходов (см. рис. 18), что составляет в стране с насе­лением около 60 миллионов человек более трех тонн на каждого мужчину, женщину и ребенка. Как видим, в на­шей области на душу населения в 1995 году пришлось более 30 тонн отходов.

Большую часть отходов по области составляют вскрыш­ные и вмещающие породы — 129,1 млн. т (1995). И в целом по миру самое большое количество отходов поступает от добывающей промышленности (в основном добычи угля). Старые шахты, работающие на тонких пластах угля, могут производить больше отходов, чем угля. Со­временные шахты производят примерно половину угля и половину отходов. Отходы угледобычи и обогащения в нашей области в 1993 г. составили 16 млн. м3 вскрышных пород и 0,6 млн. м отходов обогащения.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6