Экологические проблемы химической технологии (169943)

Посмотреть архив целиком

29



Экологические проблемы химической технологии


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: Ca2+, Na+, HCO3-, Cl-, Mg2+ 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.

Таблица 2. Определение концентрации хлорид-ионов

Внешний вид раствора

Концентрация ионов Сl - ‚ мг/л

Опалесценция, слабая муть

Сильная муть

Хлопья осаждаются не сразу

Белый объемистый осадок

1-10

10-50

50-100

более 100


Концентрацию ионов SО2-4 можно определить, сравнивая полученный результат с данными, содержащимися в таблице 3:

Опыт № 9. Определение ионов железа (II) и железа (III).

Высокое содержание железа ухудшает органолептические свойства воды, делает воду непригодной в масло-сыродельном и текстильном производстве, усиливает размножение железоусваивающих микроорганизмов в водопроводных трубах, что ведет к зарастанию труб. В водопроводной воде содержание железа не должно превышать 0,3 мг/л. В некоторых сточных водах железо встречается в больших количествах, например, в стоках травильных цехов, в сточных водах от крашения тканей и др.

Общая жесткость (Нобщ) - это природное свойство воды, обусловленное наличием в ней двухвалентных катионов (главным образом кальция и магния).

Различают общую, карбонатную, постоянную и устранимую жесткость.

Устранимая‚ или временная‚ (Нвр) и карбонатная (Нк) жесткости обусловлены наличием бикарбонатов (и карбонатов) кальция и магния.

Вода с жесткостью свыше 10 мг-экв/л часто имеет неприятный вкус. Резкий переход при пользовании от мягкой к жесткой воде (а иногда и наоборот) может вызвать у людей диспепсические явления.

Течение почечно-каменной болезни ухудшается при использование очень жесткой воды. Жесткие воды способствуют появлению дерматитов. При повышенном поступлении в организм кальция с питьевой водой на фоне йодной недостаточности чаще возникает зобная болезнь.

При кипячении бикарбонаты переходят в малорастворимые карбонаты и выпадают в осадок, что приводит к образованию накипи, а жесткость воды уменьшается. Но кипячение полностью не разрушает бикарбонаты, и часть их остается в растворе. Устранимая (временная) жесткость определяется экспериментально и показывает, насколько уменьшилась жесткость воды за 1 час кипячения. Устранимая жесткость всегда меньше карбонатной. Неустранимая, постоянная (НПОСТ) и некарбонатная жесткость (ННк) обусловлены хлористыми, сернокислыми и другими некарбонатными солями кальция и магния. Эти виды жесткости вычисляют по разности:


Нпост. = Нобщ - Нвр; Ннк = Ноб. - Нк


Мягкая вода - общая жесткость < 3,5 мг-экв/л.

Вода средней жесткости - общая жесткость от 3,5 до 7 мг-экв/л.

Жесткая вода - общая жесткость от 7 до 10 мг-экв/л.

Очень жесткая вода - общая жесткость > 10 мг-экв/л.

Для питьевых целей предпочитают воду средней жесткости, для хозяйственных и промышленных целей - мягкую воду.

Исходя из этого общая жесткость для воды, не подвергающейся специальной обработке, установлена на уровне 7 мг-экв/л.

Для определения общей жесткости пользуются трилонометрическим методом. Основным рабочим раствором является трилон Б - двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты:



Определение суммарного содержания ионов кальция и магния основано на способности трилона Б образовывать с этими ионами прочные комплексные соединения в щелочной среде, замещая свободные ионы водорода на катионы Са2+ и Мg2+:


Са2+ + Na2H2RNa2CaR + 2Н+,


где R - радикал этилендиаминтетрауксускной кислоты.

В качестве индикатора используется хромоген черный, дающий с Mg2+ соединение винно-красного цвета, при исчезновении Мg2+ он приобретает голубую окраску. Реакция идет при рН-10, что достигается добавлением в пробу аммиачного буферного раствора (NH4OH+NH4CI). В первую очередь связываются ионы кальция, а затем магния.

Определению мешают ионы меди (>0,002 мг/л), марганца (>0,05 мг/л), железа (>1,0 мг/л), алюминия (>2,0 мг/л).

Вычисление общей жесткости в мг-экв/л производят по формуле:


Нобщ. мг/экв = nN ∙ 1000/V


где:

n - количество трилона Б, израсходованное на титрование, в мл;

V - объем пробы, в мл;

N - нормальность трилона Б.

Определение сухого остатка

Сухой остаток - это количество растворенных солей в миллиграммах, содержащееся в 1 л воды.Т. к. масса органических веществ в сухом остатке не превышает 10-15%, сухой остаток дает представление о степени минерализации воды.

Минеральный состав воды на 85% и более обусловлен катионами Са2+ Мg2+, Na+ и анионами НСО3-, CI-,SO42-

Остальная часть минерального состава представлена макроэлементами Na+, K+, РО43 - и др. и микроэлементами Fe2+, Fe3+, I - , Си2+, Mo и др.

Воду с сухим остатком до 1000 мг/л называют пресной, свыше 1000 мг/л - минерализованной. Вода, содержащая избыточное количество минеральных солей, непригодна для питья, т.к имеет соленый или горько-соленый вкус, а ее употребление (в зависимости от состава солей) приводит к различным неблагополучным физиологическим отклонениям в организме. С другой стороны, слабоминерализованная вода с сухим остатком ниже 50-100 мг/л неприятна на вкус, длительное ее употребление также может привести к некоторым неблагоприятным физиологическим сдвигам в организме (уменьшение содержания хлоридов в тканях и др.). Такая вода, как правило, содержит мало фтора и других микроэлементов.

Слабо минерализованная вода - содержит < 20-100 мг/л солей.

Удовлетворительно минерализованная вода - 100-300 мг/л солей.

Повышенно минерализованная вода - содержит 300-500 мг/л солей.

Определение структуры почвы.

Под структурой почвы понимают способность её распадаться на отдельные частицы, которые называются структурными отдельностями. Они могут иметь различную форму: комки, призмы, пластинки и др.

Неправильное и избыточное внесение минеральных удобрений, способы их хранения являются причиной загрязнения почв и сельхозпродукции. Водорастворимые формы азотных удобрений стекают в пруды, реки, ручьи, достигают грунтовых вод, вызывая повышенное содержание в них нитратов, что неблагоприятно сказывается на здоровье человека.

Очень часто удобрения вносят в почву неочищенными, что является причиной загрязнения почв радиоактивными (например, изотопами калия при использовании калийных удобрений), а также токсическими веществами. Различные формы суперфосфатов, обладая кислой реакцией, способствуют подкислению почвы, что нежелательно для районов, где рН почвы понижена. Избыточное количество фосфорных удобрений, стекая в стоячие и медленно текущие воды, вызывает развитие большого количества водорослей и другой растительности, что ухудшает кислородный режим водоемов и способствует их зарастанию.

Нитраты - неотъемлемая часть всех наземных и водных экосистем, поскольку процесс нитрификации, ведущий к образованию окисленных неорганических соединений азота, носит глобальный характер. В то же время в связи с применением в больших масштабах азотных удобрений поступление неорганических соединений азота в растения возрастает. Избыточное потребление азота удобрений не только ведет к аккумуляции нитратов в растениях, но и способствует загрязнению водоемов и грунтовых вод остатками удобрений, в результате чего территория загрязнения сельхозпродукции нитратами расширяется. Однако накопление нитратов в растениях может происходить не только от переизбытка азотных удобрений, но и при недостатке других их видов (фосфорных, калийных и др.) путем частичной замены недостающих ионов нитрат-ионами при минеральном питании, а также при снижении у ряда растений активности фермента нитратредуктазы, превращающего нитраты в белки.

Ввиду этого наблюдается четкое различие видов и сортов растений по накоплению и содержанию нитратов. Так, накопителями нитратов являются семейства тыквенных, капустных, сельдерейных. Наибольшее их количество содержится в листовых овощах: петрушке, укропе, сельдерее (Приложение 3), наименьшее - в томатах, баклажанах, чесноке, зеленом горошке, винограде, яблоках и др. И между отдельными сортами существуют в этом отношении сильные различия. Так, сорта моркови "Шантэне", "Пионер" отличаются низким содержанием нитратов, а "Нантская", "Лосиноостровская" - высоким. Зимние сорта капусты мало накапливают нитратов по сравнению с летними.

Наибольшее количество нитратов содержится в сосущих и проводящих органах растений - корнях, стеблях, черешках и жилках листьев. У кабачков, огурцов и т.п. плодов нитраты убывают от плодоножки к верхушке (Приложение 4).

В результате употребления продуктов, содержащих повышенное количество нитратов, человек может заболеть метгемоглобинией. При этом заболевании ион NO3 - взаимодействует с гемоглобином крови, окисляя железо, входящее в гемоглобин, до трехвалентного, а образовавшийся в результате этого метгемоглобин не способен переносить кислород‚ и человек испытывает кислородную недостаточность‚ задыхается при физических нагрузках. В желудочно-кишечном тракте избыточное количество нитратов под действием микрофлоры кишечника превращается в токсичные нитриты, а далее возможно превращение их в нитрозоамины - сильные канцерогенные яды, вызывающие опухоли. В связи с этим при употреблении в пищу растений-накопителей нитратов важно нитраты разбавлять и употреблять в малых дозах. Содержание нитратов можно уменьшить вымачиванием, кипячением продуктов (если отвар не используется), удалением тех частей, которые содержат большое количество нитратов.

Допустимые нормы нитратов (по данным ВОЗ) составляют 5 мг (по нитрат-иону) в сутки на 1 кг массы взрослого человека, т.е. при массе 50-60 кг - это 220-300 мг, а при 60-70 кг - 300-350 мг.

Может также наблюдаться эффект синергизма (усиление) и антагонизма, так как заводы загрязняют биосферу комплексно.

Решение экологических проблем:

1. Изменить технологическую схему производства (прекращение или снижение образования отходов, максимальное выделение промежуточных продуктов и использование их в циклических процессах).

2. Выделить максимальное количество элементов из отходов для других производств.

3. Обезвреживание производственных выбросов.

Методы решения экологических проблем:

Газообразные отходы (гомогенные: оксиды серы и азота, органические вещества в виде газов - и гетерогенные: туман, пыль, аэрозоли).

Источники загрязнения атмосферы.

Атмосфера делится на тропосферу (7-8 км от поверхности земли). Выше - стратосфера - от 8-17 до 50-55 км. Температура воздуха здесь повыше, что связано с наличием здесь озона.

В тропосфере существуют разные формы жизни. Поэтому именно тропосферу относят к биосфере. Загрязнения, попадая в тропосферу, переходят в более высокие слои очень медленно. Основными антропогенными источниками загрязнений являются:

тепловые электростанции, работающие на каменном угле и выбрасывающие в атмосферу сажу, золу и диоксид серы;

металлургические заводы, выбросы которых содержат сажу, пыль, оксид железа, диоксид серы, фториды;

цементные заводы, выделяющие огромное количество пыли;

крупные предприятия по производству продуктов неорганической химии - диоксид серы, фтороводород, оксиды азота, хлор, озон;

заводы по производству целлюлозы, очистке нефти - газообразные отходы (одоранты);

предприятия нефтехимии - служат источником поступления углеводородов и органических соединений других классов, таких, как амины, меркаптаны, сульфиды, альдегиды, кетоны, спирты, кислоты и др.

отработанные газы автомобилей, а также процессы испарения ч топлива - оксид углерода, газообразные углеводороды и не изменившиеся составные части топлива, высококипящие полициклические ароматические углеводороды и сажа, продукты неполного окисления топлива (например, альдегиды), галогеноуглеводороды, тяжелые металлы и оксиды азота, образованию которых способствуют процессы, происходящие при сгорании топлива;

лесные пожары, в результате которых в воздух выделяется значительное количество углеводородов и оксидов углерода.

В зависимости от источника и механизма образования различают первичные и вторичные загрязнители воздуха.

Первичные загрязнители представляют собой вещества, попадающие в воздух непосредственно из стационарных или подвижных источников, в то время как вторичные загрязнители образуются в результате взаимодействий в атмосфере первичных загрязнителей между собой и с присутствующими в воздухе веществами (кислород, озон, аммиак, вода) под действием ультрафиолетового излучения.


Случайные файлы

Файл
10783-1.rtf
73882-1.rtf
143048.rtf
6424-1.rtf
169415.rtf