Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого»
(ФГБОУ ВПО «ТГПУ им. Л. Н. Толстого»)
Кафедра химии
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине Аналитическая химия: химический анализ объектов окружающей среды
на тему:
Основные источники стойких органических загрязнителей
Тула 2015
Содержание
Введение
Источники стойких органических загрязнителей и их классификация
Химическая промышленность
Производство черных и цветных металлов
Целлюлозно - бумажная промышленность
Сжигание промышленных и бытовых отходов
Транспорт
Последствия чрезвычайных ситуаций
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Стойкие органические загрязнители (СОЗ) - это первичные и побочные продукты промышленности. В настоящее время к СОЗ отнесено 12 веществ: полихлорированные диоксины и фураны, полихлорбифенилы, ДДТ, хлордан, гептахлор, гексахлорбензол, токсафен, алдрин, диелдрин, эндринимирекс.
Как правило, СОЗ имеют некоторые общие характеристики: они представляют собой малолетучие химически прочные соединения, которые могут оставаться в окружающей среде в течение длительного времени, не подвергаясь разложению. Попав в воздух, СОЗ перемещаются на большие расстояния, вплоть до регионов, расположенных в тысячах километрах от первоначальных источников загрязнения, например, таких как Арктика. СОЗ накапливаются в жировых тканях животных и человека. При этом даже малые концентрации некоторых стойких органических загрязнителей могут приносить существенный вред, приводя к развитию болезней иммунной и репродуктивной систем, врожденным дефектам у детей, раковым заболеваниям. Под воздействием СОЗ произошло резкое снижение численности популяций таких морских млекопитающих, как тюлень, дельфин, белуга. Высокая частота мертворожденных, выкидышей, врожденных пороков развития, болезней репродуктивной системы у женщин - неполный перечень последствий воздействия СОЗ на человека. Особо уязвимыми к стойким органическим загрязнителям оказались плод и младенцы. Действуя на организм матери, СОЗ через плаценту передаются развивающемуся зародышу, а через грудное молоко - новорожденному. Снизить риск, связанный с воздействием СОЗ на окружающую среду и человека, можно, добившись запрещения производства и использования этих опасных химикатов. Однако следует помнить, что некоторые СОЗ продолжают играть важную роль в экономике многих стран. Поэтому до полного отказа от СОЗ необходимо найти альтернативные нетоксичные вещества, которые позволят решать возникающие проблемы без ущерба для социального и экономического развития общества, например, применение медных и цинковых микроудобрений.
Актуальность темы, таким образам, обусловлена ухудшением экологической обстановки во всем мире, что напрямую связано с наличием в ней всевозможных СОЗ.
Целью моей работы было:
изучить особенности воздействия стойких органических загрязнителей на различные природные среды и организм человека;
ознакомиться с методиками количественного определения содержания СОЗ в природе;
рассмотреть перспективы данного направления.
Работа состоит из введения, 7 глав, заключения и списка использованной литературы.
1.Источники стойких органических загрязнителей и их классификация
Источники эмиссии стойких органических загрязнителей в окружающую среду весьма разнообразны. В основном СОЗ образуются в результате хозяйственной деятельности человека в промышленно развитых странах, особенно в городах. Развитие промышленности и сельского хозяйства, энергетики, транспорта, добыча полезных ископаемых приводят к поступлению в воздух, воду, почву и растения сотен высокотоксичных веществ, в том числе и СОЗ, проникновению их в организм человека и животных. Так, ни в тканях эскимосов, замерзших 400 лет назад [1], ни в тканях чилийских индейцев [2], не удалось обнаружить диоксины даже в следовых количествах. Аккумуляции СОЗ в организме человека способствуют также повсеместное использование химических веществ и полимерных материалов в быту, широкое применение косметических средств, пищевых красителей, консервантов, лекарственных препаратов.
По территориальным признакам источники эмиссии СОЗ удобно разделять на локальные и диффузные (пространственно распределенные), а по объёму эмиссии в окружающую среду - на регулярные и залповые. Особую опасность для природы и человека представляют пространственные распределённые источники, поскольку, во-первых, они загрязняют большие территории (например, автомобильный транспорт), а во-вторых, их трудно обнаружить до того, как они себя проявят. К ним можно отнести:
лесные пожары (например леса, обработанные хлорсодержащими пестицидами);
сельскохозяйственные угодья после обработки ядохимикатами;
свалки бытовых отходов;
домашние печи, использующие отходы деревообрабатывающих предприятий, в том числе пропитанные фенол- и галогенсодержащими веществами;
пруды-накопители очистных сооружений, химических и горно-обогатительных предприятий.
Наличие или отсутствие источников СОЗ зависит и от подходов к обеспечению экологической безопасности. Так, в странах, где отсутствует контроль за содержанием СОЗ в промышленных изделиях и пищевых продуктах, они могут поступать в организм человека при контакте населения с упаковочными материалами, бытовыми химическими веществами, красителями, косметическими средствами, тогда как в странах, где применяют более строгие стандарты, - лишь при контакте с отходами производства, сжигании бытового мусора на мусороперерабатывающих заводах, с выхлопными газами автомобилей.
Что касается основных источников поступления СОЗ в окружающую среду и организм человека, то по формальным признакам условно можно выделить следующие:
несовершенные производственные процессы в горнодобывающей, химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, металлургической и других отраслях промышленности;
использование продукции (полимеры, красители, упаковочные материалы, растворители и др.), в которой СОЗ содкржатся изначально или образуются при ее применении либо в случае аварийных ситуаций;
несовершенство технологий очистки воды, утилизации и захоронения промышленных, медицинских и бытовых отходов;
применение упаковочных материалов и тары, содержащих СОЗ, например фталаты;
применение в сельском хозяйстве хлор- и ртутьсодержащих пестицидов;
поступление СОЗ с пищевыми продуктами.
2. Химическая промышленность
Анализ наиболее опасных для человека технологий показывает что при получении многих химических соединений практически всегда в тех или иных количествах образуется СОЗ: полихлорированные дибензо-n-диоксины и дибензофураны , хлор- и бромбифенилы, хлорбензолы и др.[3-6]. Достоверно установлено [7], что СОЗ поступают в окружающую среду при:
производстве хлорфенолов, анилинов и их производных, полихлорированных и полибромированных бензолов, нафталинов и бифенилов;
синтезе хлоралифатических соединений;
использовании галогенсодержащих веществ в коммунальном хозяйстве, для получения неорганических материалов, катализаторов, растворителей;
производстве пестицидов и их применении в сельском хозяйстве;
получении хлорсодержащих полимеров.
По степени опасности в первую наиболее опасную, группу следует включить производства, в которых используют циклические органические соединения - бензол, фенол, циклогексан и их хлорпроизводные. Так, электролитический хлор, подаваемый на хлорирование бензола содержит около 2% кислорода, который способствует образованию ПХДД/ПХДФ. Ко второй группе следует отнести высокотемпературные процессы хлорирования и окисления хлорированных углеводородов, особенно в присутствии катализаторов. В частности, при получении винилхлорида пиролизом дихлорэтана практически всегда образуется определённое количество гексахлорбензола. К третьей группе относят низкотемпературные процессы. Вероятность образования СОЗ в этих процессах минимальна, хотя и остаётся, особенно в присутствии катализаторов. В незначительных количествах СОЗ (диоксины, бифенилы и др.) могут образоваться даже при производстве одного миллиона тонн хлорорганической продукции в окружающую среду поступает 1кг ПХДД/ПХДВ.
Таблица 1
Основные источники эмиссии диоксинов в атмосферу на территории США и Западной Европы, % [4]
Источники эмисииСШАЗападная ЕвропаСжигание бытовых отходов4444Сжигание медицинских отходов-14Сжигание опасных отходов33Выплавка железа и стали-19Выплавка цветных металлов194Автомобильный транспорт-2Обработка древесины-7Пожары и случайные кострища207Другие14-
В промышленно развитых странах деятельность химической отрасли практически не влияет на эмиссию большинства СОЗ, тогда как до начала 80-х годов прошлого века химическая промышленность была главным источником эмиссии стойких органических загрязнителей в окружающую среду (ПХДД/ПХДФ, ПХБ и др.). Эта тенденция характерна для США, Канады, Японии и стран Западной Европы. В слаборазвитых странах и странах с экономикой переходного периода (Восточная Европа и др.) эмиссия СОЗ во многом зависит от объёма производства химической продукции. Прежде всего это относится к производствам ди- и трихлорфенолов и пестицидов на их основе, а также пента- и гексахлорфенолов, полихлорированных и полибромированных бифенилов, винилхлорида и его полимеров, фталатов, и других соединений, в процессе производства которых используют хлор.
Таблица 2
Содержание ПХДД/ПХДФ в химических продуктах, мкг/г
Наименование продуктаСодержание ПХДД/ПХДФ2,4,5-Трихлорфенол150-2002,4,5-Трихлорфенолоксиуксусная кислота>1002,4-Дихлорфенолоксиуксусная кислота6,8-45Пентахлорфенолят меди<85Гексахлорбензол0,35-211,00Пентахлорфенол2,32Соли пентахлорфенола0,04Полихлорированные бифенилы0,01Ил с производства хлора30,5
Применительно к России эта проблема столь же актуальна, как и в других странах СНГ и Восточной Европы, поскольку хлорорганический синтез занимает одно из ведущих мест в химической промышленности. В конечном счёте последствия аварий на химических предприятиях, несовершенство применяемых технологий, а также результаты неконтролируемой хозяйственной деятельности и по сей день являются одной из наиболее тяжёлых проблем, связанных с опасностью загрязнения окружающей среды стойкими органическими загрязнителями.
В таблице 2 приведены данные о содержании ПХДД/ПХДФ в химических продуктах [4]. Конечно, радикальным способом уменьшения объёма поступления хлорсодержащих СОЗ в окружающую среду является запрет или замена тех или иных технологий и химических веществ. Так, в странах Европы, США, Японии и Канаде запрещены к использованию пентахлорфенол, полихлорбифенилы, полихлорнафталины. Запрещены также хлорсодержащие компоненты в товарах для детей, упаковка из поливинилхлорида для пищевых продуктов, бутылки, линолеум. В Австрии введён запрет на окна из ПВХ. Использование в промышленности хлора стало глобальной проблемой, решение которой требует огромных усилий. Несмотря на повышенное внимание к ней учёных и общественности, маловероятно, что в ближайшие годы будет возможен переход бесхлорную промышленность или будет решена проблема выведения хлорсодержащих соединений из эко-сферы.
Большинство исследований показывают, что поступление СОЗ в воздух в результате производства невелико. В основном они представляют опасность для рабочих, попадающих под воздейтсвие этих соединений. Повышенные выбросы в воздух могут происходить вследствие сжигания остатков, образующихся в производственном процессе. Так, суммарное содержание ПХДД/ПХДФ в газовых выбросах печи сжигания промышленных отходов Стерлитамакского АО «Каустик» достигало 2,4нг/м3, что в 24 раза превышает принятые в мировой практике нормативы для печей сжигания промышленных и бытовых отходов[4,8].
Поступления СОЗ в воду происходят там, где сбрасываются неочищенные стоки, образующиеся в ходе производства. Для процессов, связанных с образованием СОЗ, важно выявить все такие стоки, определить степень их очистки и места, куда они направляются (канализационный коллектор, отстойник, река и др.). В воду СОЗ поступают и при применении химических продуктов. Например, винилхлорид легко переходит из бутылок, изготовленных из ПВХ, в воду, молоко, соки и алкогольные напитки. Скорость миграции зависит от времени хранения. Так, достоянием общественности стали многочисленные сведения о захоронении пестицидов, боеприпасов и компонентов ракетного топлива, содержащих, токсичные вещества [9].
. Производство черных и цветных металлов
В металлургическом производстве состав СОЗ определяется качеством сырья. В доменных печах сырьём служит железная руда, в электродуговых печах - металлолом, состоящий из отходов сталелитейного и металлообрабатывающего производства, и бытового металлолома (например отслуживших свой срок машин и изделий из железа и стали). Использование в качестве сырья металлолома приводит к повышенной эмиссии ароматических галогенсодержащих соединений (ПХДД/ПХДФ, хлорбензолы, ПХБ), а также полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и других продуктов неполного сгорания органических веществ (красители, пластмассы, смазки и т.п.), входящих в состав лома (табл. 3). Установлено,что в подобных случаях эмиссия ПХДД/ПХДФ в среднем в 5 и более раз выше (10 мкг на тонну жидкой стали) по сравнению с эмиссией при выплавке стали в кислородных конвертёрах из металла [5]. На Красноярском металлургическом заводе для дуговых электросталеплавильных печей эмиссионный фактор ПХДД/ПХДФ равен 17,2 мкг/т стали [4], что примерно в 500 раз выше, чем в Германии и в 15 раз выше, чем в США.
Особого внимания требует термическое производство меди, поскольку медь является эффективным катализатором образования ПХДД/ПХДФ (табл. 3). Смесь медьсодержащих материалов включает медь, лом медных сплавов, шлаки, остатки и осадки, для переработки которых применяют печи и процессы различных типов, в том числе печи шахтного типа и конвертёры. Исследования, выполненные в США, показывают, что при использовании шахтных печей эмиссия ПХДД/ТХДФ составляет 779мкг/т лома [5]. Беспокойство вызывает пыль, образующаяся при очистке дымовых газов, которая может содержать до 20 мкг/кг ТХДД/ТХДФ. Если учесть, что при производстве одной тонны меди на фильтрах оседает приблизительно 40-45 кг пыли, то фактор эмиссии будет равняться 630 мкг/т продукта.
Производство алюминия включает несколько стадий. Алюминиевую руду, чаще всего бокситы, очищают до тригидрата оксида алюминия (глинозёма), а затем электролитически восстанавливают до металлического алюминия. Образование СОЗ в этом случае связывают с применением для выплавки алюминия углеродных анодов. При переработке алюминиевого лома путём его переплавки в печах различного типа, в том числе и индукционных, выбросы токсичных хлоорганических соединений обусловлены присутствием в ломе полимерных материалов, красителей, смазочных веществ, загрязнённых органическим или неорганическим хлором. В таблице 3 приведены средние значения факторов эмиссии ПХДД/ПХДФ для алюминиевой промышленности [5]. Самое высокое загрязнение связывают с пылью, образующейся при очистке дымовых газов - от 146 до 233 мкг/т алюминия. На Красноярских заводах по производству алюминия в электролизных цехах эмиссионный фактор ПХДД/ПХДФ равен 11,2 мкг/т продукта. Для индукционных печей соответствующее значение эмиссионного фактора равно 1,4 мкг/т, что близко к эмиссионному фактору в Германии (1,51 мкг/т) [4].