chemia a środowisko naturalne

DEGRADACJA ŚRODOWISKA NATURALNEGO

      Problem zanieczyszczenia środowiska naturalnego jest stary jak świat. Już w starożytności istniały zarządzenia dotyczące utylizacji odpadów, a także lokalizacji np. garbarni zanieczyszczających powietrze. Prawdziwa "śmieciowa" rewolucja nastała jednak wraz z rozwojem przemysłu. Obecnie szacuje się, że co trzeci Polak mieszka w obszarze zagrożenia ekologicznego!
      Postępująca degradacja środowiska, może w skrajnym przypadku, doprowadzić do zaniku wyższych form życia biologicznego, toteż problemy ochrony środowiska naturalnego są w chwili obecnej przedmiotem ogólnego zainteresowania i powszechnej troski. Zajmują się nimi nie tylko naukowcy, ale również rządy poszczególnych państw, międzynarodowe organizacje oraz liczne stowarzyszenia. Celem ich pracy jest ustalenie rozmiarów zanieczyszczenia, jego źródeł, określenie sposobów zmniejszania zanieczyszczeń powodujących szczególne szkody w przyrodzie, a także opracowanie metod neutralizacji szkodliwych substancji i przerobu odpadów.


ZANIECZYSZCZENIE ATMOSFERY

      W skład naturalnej atmosfery Ziemi wchodzą gazy, których ilość jest stała (azot, tlen, helowce) oraz gazy, których ilość jest zmienna (para wodna, dwutlenek węgla, ozon). Zanieczyszczenia zatruwające atmosferę można podzielić na:

• naturalne zanieczyszczenia powietrza pyłami i gazami ( sól morska, gazy i pyły wulkaniczne, formy związane z działalnością wiatru np. piasek z wydm);
  
  
• zanieczyszczenia powstające w wyniku działalności człowieka, dostają się one do atmosfery w formie pyłów, par i gazów.

Najwięcej zanieczyszczeń wprowadzają do atmosfery:

• przemysł
  
  
• energetyka
  
  
• komunikacja
  
  
• gospodarstwa domowe

MODELE, WZORY SUMARYCZNE I STRUKTURALNE WYBRANYCH ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH ZANIECZYSZCZAJĄCYCH ŚRODOWISKO

1. dwutlenek węgla CO₂
   
   
2. tlenek azotu (V) N₂O₅
   
   
3. tlenek siarki (IV) SO₂
   
   
4. amoniak NH₃
   
   
5. tlenek azotu (IV) NO₂
   
   
6. tlenek siarki (VI) SO₃
   

OCHRONA CZYSTEGO POWIETRZA

      Rozwój przemysłu i motoryzacji, rozbudowa miast i ośrodków przemysłowych wpływa na zmianę składu powietrza. Powietrze zanieczyszczają setki dymiących kominów, tysiące samochodów i fabryk.

Skutki degradacji środowiska można złagodzić stosując:

1. Wysokie kominy
   
   
2. Odpylanie i neutralizowanie szkodliwych gazów
   
   -cyklony
   -elektrofiltry
   -chemiczne wiązanie szkodliwych gazów
   
   
3. Wzbogacanie paliw
   
   
4. Pasy zieleni
   
   
5. Strefy ochronne
   
   
6. Budowanie osiedli z dala od zakładów przemysłowych

Samooczyszczanie powietrza:

1. Wymywanie zanieczyszczeń przez opady.
   
   
2. Pochłanianie zanieczyszczeń przez podłoże ( glebę ).
   
   
3. Przez przemiany chemiczne.

2H₂S + SO₂ -> 3S + H₂O

2NO₂ + 4CO -> N₂ + 4CO₂


ZANIECZYSZCZENIE GLEBY

      Litosferę tworzą różne formacje geologiczne i rodzaje gleb. W glebie zachodzą różne procesy biologiczne, chemiczne i fizyczne. Prawidłowy przebieg tych procesów warunkuje odpowiednią wydajność plonów. Zanieczyszczenie gleby jest spowodowane bardzo różnorodnymi czynnikami:

• Środki owado- i chwastobójcze,
  
  
• Nawozy sztuczne,
  
  
• Preparaty powszechnie używane do zaprawiania ziarna siewnego i innych nasion- zawierają też składniki, które w większych ilościach są szkodliwe np. związki miedzi,
  
  
• Śmieci - odpady przemysłowe,
  
  
• Ścieki,
  
  
• Kwaśne deszcze ( zakwaszają glebę ),
  
  
• Metale ciężkie (ołów ),
  
  
• Posypywanie dróg solą.

      W Polsce z ogólnego areału użytków rolnych około 12% należy zaliczyć do obszarów skażonych. Są to tereny o dużej koncentracji przemysłu oraz położone wzdłuż ruchliwych tras komunikacyjnych. W wyniku degradacji gleb następuje spadek plonów. Gleba odznacza się bardzo dużą zdolnością do absorbowania pierwiastków śladowych. Do najbardziej grożnych dla człowieka zalicza się: rtęć, ołów, kadm, chrom, nikiel a także fluor, miedź, cynk.

CZYNNIKI CHEMICZNE ZANIECZYSZCZAJĄCE GLEB?

Rodzaj	Źródła	Skutki	Met. przeciwdziałania
Tetraetyloołów (czteroetylek ołowiu Pb(C2H5)4, tlenki azotu, tlenek węgla, węglowodory	Transport (spaliny)	Pochodzący z tetraetyloołowiu ołów kumuluje się w glebie, przedostaje się do roślin a następnie do organizmów zwierzęcych. Największa koncentracja ołowiu rejestrowana jest w pobliżu dróg. U ludzi ołów powoduje niedokrwistość, stwardnienie rozsiane, uszkodzenia układu nerwowego a także sprzyja powstawaniu nowotworów narządów wewnętrznych. Tlenki azotu w glebie tworzą rakotwórcze nitrozoaminy	Tworzenie tzw. zielonych pasów ochronnych wzdłuż dróg, które oddzielają jezdnię od pól uprawnych.
Nawozy, środki ochrony roślin (fungicydy, insektycydy), herbicydy, ścieki	Rolnictwo, leśnictwo	Insektycydy, zwłaszcza chlorowcopochodne kumulują się w tkankach, pestycydy fosfoorganiczne są wchłaniane przez skórę, błony śluzowe, oddechowe. Oba rodzaje substancji są silnie toksyczne. Nadmierne nawożenie powoduje kumulowanie się w glebie związków azotu i fosforu oraz mikroelementów.	Ścisła kontrola produkcji, transportu, przechowywania i stosowania pestycydów, zachowanie okresów karencji zgodnych z przepisami stosowania środków a także unikanie przenawożenia gleb.
Pyły, metale ciężkie, substancje mineralne, węglowodory, szlamy i ługi wypłukiwane przez deszcze	Zakłady przemysłowe (zwłaszcza huty, cementownie, elektrownie tradycyjne, zakłady chemiczne i petrochem.) Hałdy i składowiska odpadów przemysłowych	Unoszone w powietrzu pyły osiadają na glebie w promieniu wielu kilometrów od zakładu, który je emituje. Osadzając się na powierzchni gleby powodują zmiany pH, zawartości makro- i mikroelementów, a także strukturę gleby. Metale ciężkie z gleby przedostają się do tkanek roślinnych, a następnie wraz z pokarmem do organizmów ludzi i zwierząt, co jest przyczyną wielu ciężkich schorzeń.	Stosowanie różnego rodzaju filtrów i przemysłowych urządzeń odpylających, zagospodarowanie hałd, kontrola zawartości metali ciężkich w glebach, uprawianie na glebach skażonych jedynie roślin ozdobnych, oczyszczanie ścieków, stosowanie zamkniętego obiegu wody w zakładzie.
Opakowania (zwłaszcza tworzywa sztuczne), śmieci, ścieki (zwłaszcza detergenty)	Gospodarstwa domowe i odpady komunalne	Opakowania po produktach żywnościowych i przemysłowych zwykle trudno ulęgają rozkładowi, spalane powodują powstawanie związków szkodliwych i toksycznych. Detergenty zanieczyszczające glebę powodują choroby i są szkodliwe dla środowiska.	Powtórne przetwarzanie opakowań, oczyszczanie ścieków, rozwijanie produkcji detergentów łatwo ulegających rozkładowi na nieszkodliwe substancje.
Spalanie węgla	Elektrownie Niektóre gospodarstwa domowe	Ze względu na duże zanieczyszczenie węgla (głównie siarka, cynk, ołów i kadm) podczas jego spalania powstają związki szkodliwe dla środowiska.	Zastosowanie w przeróbce przemysłowej procesu odsiarczania, eliminacja pieców węglowych w gospodarstwach domowych, poszukiwanie ekologicznych źródeł energii (elektrownie wodne, wiatrowe, słoneczne itp.)

ZANIECZYSZCZENIE WÓD NATURALNYCH

      Wzrost liczby ludności na świecie, urbanizacja i rozwój przemysłu powodują ciągły wzrost ilości ścieków komunalnych i przemysłowych. Ścieki te, odprowadzane do rzek i jezior powodują skażenie wody. Główne źródła zanieczyszczeń wód naturalnych to:

• substancje gazowe ulatniające się z kominów fabryk, które po rozpuszczeniu w wodzie deszczowej wraz z nią spadają na ziemię,
  
  
• substancje szkodliwe w postaci soli niektórych metali, zawierające również pierwiastki promieniotwórcze,
  
  
• ścieki przemysłowe,
  
  
• ścieki komunalne,
  
  
• nawożenie gleb oraz stosowanie środków ochrony roślin,
  
  
• katastrofy tankowców.

      Obecnie w Polsce rzeki o I klasie czystości są rzadkością. Jeszcze gorzej wygląda sytuacja polskich jezior. Postępująca eutrofizacja tych akwenów wodnych jest praktycznie nieodwracalna.

CZYNNIKI CHEMICZNE ZANIECZYSZCZAJĄCE WODY

Rodzaj	Źródła	Skutki	Zapobieganie /oczyszczanie
Azotany (V), związki fosforu, nawozy mineralne	Rolnictwo Związki białkowe pochodzące z rozkładu organizmów roślinnych i zwierzęcych, odchody zwierzęce	Spływając wraz z wodą do akwenów powodują ich eutrofizację (zamulone zbiorniki wodne, nadmierny rozwój glonów, wyginięcie ryb i szkodliwe wydzieliny np. siarkowodór). Azotany ulegają szeregowi przemian w wyniku których powstają nitrozoaminy. Związki te wykazuja działanie mutagenne (zwyrodnienie genów), teratogenne (wady rozwojowe) oraz rakotwórcze. Stężenie jonów azotanowych powyżej 100mg/dm3 sprzyja powstawaniu metahemoglobiny, związku powodującego sinicę, a także śmierć zwierząt.	Aby zapobiec przenawożeniu gleb należy sciśle przestrzegać przepisów stosowania tych środków i składować je w odpowiedni sposób. Oczyszczanie wody skażonej azotanami polega zastosowaniu selektywnych wymieniaczy jonowych
Środki ochrony roślin (fungicydy, insektycydy), herbicydy	Rolnictwo, Leśnictwo	Pestycydy trudno ulęgają rozkładowi na substancje nieszkodliwe, szybko rozprzestrzeniają się na duże obszary blokując naturalne mechanizmy oczyszczania wody i powodując eutrofizację zbiorników wodnych.	Należy przestrzegać przepisów bhp dotyczących stosowania i składowania pestycydów, a także dążyć do zastępowanie tych środków metodami ekologicznymi. Oczyszczanie przez biodegradację (częściowe)
Detergenty	Gospodarstwa domowe i odpady komunalne Rolnictwo Przemysł (procesy flotacyjne)	Przyczyniają się do eutrofizacji wód, zawierają szkodliwe dla środowiska: substancje powierzchniowo czynne, wybielacze optyczne, polifosforany, krzemiany i siarczan sodu. Niektóre z detergentów nie tylko są toksyczne, ale utrudniają procesy uzdatniania wody (blokują koagulację)	Zapobieganie: rozwijanie produkcji detergentów łatwo ulegających rozkładowi na nieszkodliwe substancje. Oczyszczanie ścieków metodami chemicznymi.
Polichloropochodne bifenylu (tzw PCB)	Tworzywa sztuczne, lakiery, farby, płyny do konserwacji drewna, płyny hydrauliczne itp.	Są to związki wyjątkowo trwałe, nie ulęgające biodegradacji. Przedostają się do organizmów zwierzęcych i roślinnych zakłócając pracę enzymów oraz powodując uszkodzenia narządów wewnętrznych.	Zapobieganie: rozwój badań nad zastosowaniem innych substancji, zakaz stosowania PCB
Zasolenie wód	Gospodarstwa domowe i odpady komunalne	Woda o zbyt dużej zawartości soli jest nieprzydatna dla celów spożywczych i przemysłowych, niszczy rośliny, powoduje wymieranie zwierząt.	Oczyszczanie za pomocą selektywnych wymieniaczy jonowych
Związki organiczne (węglowodory, fenole, aminy)	Zakłady przemysłowe Ścieki komunalne	Węglowodory powstające w czasie niepełnego spalania substancji organicznych i podczas przerobu węgla są rakotwórcze, z wodą tworzą emulsje, kumulują się w tkankach ryb. Fenol powoduje nieprzyjemny smak i zapach wody, jest szkodliwy. Aminy aromatyczne są rakotwórcze.	Zapobieganie: przestrzeganie przepisów bhp, stosowanie zamkniętego obiegu wody w przemyśle. Oczyszczanie wody ze związków organicznych jest bardzo trudne, tylko niektóre związki samoistnie ulegają biodegradacji.
Pyły, metale ciężkie	Zakłady przemysłowe hałdy i składowiska odpadów przemysłowych Rolnictwo (nawozy i pestycydy) Transport (spaliny)	Unoszone w powietrzu pyły wraz z wodą deszczową przedostają się do zbiorników wodnych zwiększajac zawartość mikroelementów w osadach dennych, a także przedostaja się do płodów rolnych. Metale ciężkie powoduja choroby ludzi i zwierząt między innymi: choroby nerek, białaczkę, choroby nowotworowe, zaburzenia sercowo-naczyniowe i upośledzenia umysłowe.	Zapobieganie: stosowanie różnego rodzaju filtrów i przemysłowych urządzeń odpylających, zagospodarowanie hałd, kontrola zawartości metali ciężkich w wodzie, usuniecie źródeł emisji.

KWAŚNE DESZCZE

      Kwaśne deszcze powstają w wyższych warstwach atmosfery przez rozpuszczenie tlenków w wodzie. Jest to tzw. depozycja mokra. Obrazują to poniższe reakcje.

SO₂ + H₂O -> H₂SO₃

CO₂ + H₂O -> H₂CO₃

3NO₂ + H₂O -> 2HNO₃ + NO

      Obecność NO₂ w powietrzu zawierającym SO₂ przyczynia się do zwiększenia ilości kwasu siarkowego (VI) H₂SO₄ w kwaśnym deszczu:

2NO₂ -> 2NO + O₂

2SO₂ + O₂ -> 2SO₃

Oto modele podstawowych kwasów odpowiedzialnych za kwaśne deszcze.


      Powstawanie " kwaśnych opadów" ilustruje rysunek:


      Jak widać główne rodzaje gazów, które powodują kwaśne zanieczyszczenia powietrza to: tlenki siarki, tlenki azotu, węglowodory i ozon. Dwutlenek siarki i tlenki azotu są najważniejszymi, bo występującymi powszechnie zanieczyszczeniami.




Skutki zakwaszenia środowiska:

• skażenie wód gruntowych oraz zbiorników i cieków wód powierzchniowych;
  
• wyginięcie zwierząt wodnych.
  
  
• budynki z piaskowca i wapienia ulegają rozkładowi i rozpadają się ( zabytki Krakowa).
  
  
• wzrost liczby chorób układów oddychania i krążenia, a nawet zgony wielu osób.

      Szkodliwe substancje często kumulują się również w roślinach które zjadamy. Np. buraki i sałata gromadzą azotany, kapusta ołów.