РАЗДЕЛ III. ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
14. Синтетические высокомолекулярные вещества и полимерные материалы на их основе
14.6. Экологические аспекты производства, хранения, транспортировки и применения органических соединений
«Обеспечение экологической безопасности и поддержание экологического равновесия на территории Украины, преодоление последствий Чернобыльской катастрофы - катастрофы планетарного масштаба, сохранение генофонда Украинского народа является обязанностью государства» (Конституция Украины, ст. 16). Право на благоприятную окружающую среду - одно из фундаментальных прав человека.
Несмотря на бесспорные достижения химической науки и промышленности следует упомянуть и об экологическом аспекте.
И отдельные компоненты, которые используют в производстве, и промежуточные, и конечные продукты могут быть токсичными, огнеопасными, могут вызвать различные поражения кожи, глаз, дыхательных путей, внутренних органов человека. Поэтому особое внимание следует уделять технике безопасности во время производства, применения и дальнейшего пользования любой химической продукцией.
Добыча и переработка сырья, производство, хранение и использование промышленной и сельскохозяйственной продукции связано с проблемой утилизации побочных продуктов, отходов и предметов, потерявших свои потребительские свойства. С развитием цивилизации, в частности экономики, проблема охраны окружающей среды приобретает все большую актуальность. В разделе II. Неорганическая химия мы уже касались экологических проблем. Но наиболее остро они встали за последние 50-60 лет в результате бурного развития как самой органической химии, так и отраслей экономики на основе использования природных и искусственных органических соединений - энергетики, транспорта, собственно химической промышленности, а также их использования в быту.
В результате работы транспорта (при обычных условиях на него приходится 80-85 % выбросов), сжигание топлива для нужд энергетики, производства, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов (15-20 %) в воздух попадают сажа, пыль и вредные газы1:
• оксиды Углерода;
• оксиды Серы, сероводород;
• оксиды Азота (их токсичность выше токсичность угарного газа в 10 раз).
Они образуют фотохимический смог, которым дышат не только работники промышленных гигантов и жители мегаполисов, но и маленьких городков и сел. Эти газы переносятся ветром на большие расстояния от источника возникновения и, растворяясь в воде, которая содержится в атмосфере, вызывают выпадение кислых дождей, вследствие чего гибнет флора и фауна, болеют люди - возникают экологические катастрофы целых регионов. Например, комбинат «Запорожсталь», выплавляющий примерно 5 млн. т стали в год, выбрасывает ежегодно 150 тыс. т загрязняющих веществ. Это составляет около 50 % всех выбросов города Запорожья. Выбросы в атмосферу в Запорожье в 12 раз больше, чем в Симферополе. Общая заболеваемость населения Запорожья превышает средний по стране показатель в 1,22 раза.
Кроме того, в результате деятельности человека в атмосферу попадают:
• аммиак;
• тяжелые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Сr);
• радиоактивные изотопы;
• недопалені углеводороды, альдегиды, бензпирен, антрацен и другие летучие органические вещества, включая растворители, пестициды, продукты разложения множества синтетических органических веществ (особенно на свалках), которые вызывают токсичные, канцерогенные, мутагенные и другие патогенные эффекты. Это часто довольно устойчивые соединения, их распад в природе происходит очень медленно, а жаль усиливается тем, что они способны накапливаться в больших концентрациях в воде и особенно в фунте, в тканях растений и далее через трофические цепочки - в различных биологических объектах (б'юакумуляція).
Основными загрязнителями земель и воды является нефть и нефтепродукты, пестициды, фенолы, хлороорганические соединения, полициклические ароматические углеводороды, моющие средства, пластиковое бытовой мусор, а также красители и растворители (лаки, краски и т.п.), органические кислоты, другие ксенобиотики2:
Нефть. В местах добычи выливание нефти на почву происходит не столько вследствие аварий, сколько за обычную халатность и несовершенство технологических процессов. Обычно в подземных пластах нефть находится под давлением. Бурение скважин приводит утечки значительных количеств нефти на поверхность («разлив»). Только в Западной Сибири России нефтью загрязнено миллионы гектаров земель, они являются мертвыми. Транспортировка нефти и нефтепродуктов также наносит ущерб природе: прокладка трубопровода (как и разработка самого месторождения) разрушает почвы, а протечки на трубопроводах (в результате аварий или умышленного повреждения) убивает все живое на много километров от места повреждения трубы. Такие земли часто совсем не подвергаются рекультивации, поскольку исключить нефтепродукты из них невозможно. Так, 1 кг торфа может содержать от 100 до 500 г нефти.
Во время добычи нефти на шельфе Мирового океана, транспортировку трубопроводами и танкерами происходят аварии, в результате которых значительные количества нефти (ежегодно 12 млн. тонн) выливаются в воду, укрывая оліїстою пленкой десятки и сотни тысяч квадратных километров поверхности моря и убивая всех его жителей. Сбор нефти бывает затруднено из-за скорости растекания нефти на поверхности воды, приливы, погодные условия (ветер, шторм), удаленность места аварии от мест базирования спасательных служб.
Пестициды (от лат. pestis - зараза и caedo - убиваю) (сельскохозяйственные ядохимикаты3) применяют для борьбы с вредителями и болезнями растений, зерна:
• для борьбы с сорняками используют гербициды;
• водорослями - альгициды;
• насекомыми - инсектициды;
• грибков - фунгициды;
• бактериями - бактерициды;
• теплокровными животными (грызунами) - зооциды и др.
Главные проблемы их использования:
1) невозможность их выборочного применения: так в поле (лесу) яд действует не только на вредных насекомых (1-2 вида), но и на все другие живые организмы: микроорганизмы, растения, животных (включая и теплокровных), человека;
2) среди этих организмов есть и хищники, уничтожающие вредителей, возбудителей их болезней и их биологические конкуренты. За их тотальное уничтожение количество вредителей часто не уменьшается, а увеличивается;
3) лишь пятая часть пестицидов достигает нужного объекта, то есть 80-85 % их используется напрасно;
4) большинство из этих веществ способна к накоплению (в том числе и в продуктах питания, например, в зерне), переносится на большие расстояния от места применения (в середине 60-х годов прошлого века в печени антарктических пингвинов было найдено ДДТ), разлагается медленно, сохраняя токсичность длительное время (десятилетия);
5) появление нечувствительных к ядам вредителей;
6) неконтролируемое и необоснованное их использование.
Фенол (мировое производство - более 8 млн. т в год) используют, главным образом, для синтезирования пластмасс. Также, несмотря на высокую токсичность, его продолжают применять в медицине (консервант в вакцинах, антисептик и т.д.), пищевой промышленности (коптильный дым).
Хлорорганические соединения (ХОС). Диоксины и другие хлорсодержащие соединения могут попадать в окружающую среду через повседневную деятельность и аварийные сбросы сточных вод целлюлозно-бумажных комбинатов, других предприятий химического производства, которые используют хлор, а также в результате хлорирования воды и сжигания бытового мусора, которое содержит Хлор. Период полураспада в природе - около 1 года, но, попав в организм человека или животного, способны накапливаться в жировой ткани. Тогда период полувыведения составляет 30 лет. Понятно, что все время пребывания внутри организма вещество оказывает свое негативное действие.
Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ)- антрацен, бензпирен, овален... - имеют выраженные канцерогенные, мутагенные и тератогенные свойства. Как уже указывалось, в окружающую среду они попадают через сжигание и переработку органического сырья, а в организм человека - еще и вследствие курения табака.
Моющие средства (детергенты), в зависимости от потребностей, могут содержать в различных соотношениях:
• поверхностно-активные вещества (ПАВ) - основные компоненты моющих средств. Практически все они (и продукты их частичного разложения) являются опасными для природы и человека, а следовательно, стоки, которые их содержат, подлежащих длительному и тщательному очищению;
• ароматические добавки;
• энзимы (ферменты);
• абразивы;
• вещества, которые изменяют кислотность, жесткость воды, уменьшают образование пены и много других.
В результате исследования Северного моря обнаружено, что около 65 % загрязняющих веществ4 принесены реками, 25 % - попали в воду из атмосферы (в частности 7000 т свинца от выхлопов автомобилей), 10 % - следствие прямых сбросов, главным образом, сточных вод. В Средиземное море ежегодно попадает около 430 млрд. тонн отходов.
Пластиковое бытовой мусор. Огромное количество самых разнообразных технических и бытовых изделий, которые еще 100 лет назад изготавливали только из дерева и металла, сейчас получила новую жизнь благодаря развитию химии.
Проблемой планетарного масштаба стала утилизация изделий из пластика. Пять огромных мусорных «островов» дрейфует океанами: по два - Тихим и Атлантическим, один - Индийским. Крупнейший размещен в Тихом океане между Калифорнией и Гавайи: его размеры величиной с Францию, толщина - 30-50 м. Эти «острова» состоят из разнообразного пластикового мусора, который плавает на поверхности. Под воздействием морских волн оно постепенно перетирается в пыль и оседает на дно, становясь причиной смерти многих морских обитателей, которые поедают его.
Чтобы понять глобальную экологическую проблему, которая встала перед человечеством, следует заметить, что, кроме химического, постоянно увеличиваются объемы других типов загрязнения:
• механические (инертное мусора, разрушение природных ландшафтов);
• физические (тепло, свет, шум, электромагнитные поля, радиоактивные вещества);
• биологические (отсутствие или несовершенство систем канализации и очистки бытовых стоков, разработка биологического оружия, потенциальная опасность от широкого использования генетически модифицированных организмов).
______________________________________________________________________
1 Аналогичные процессы обычно происходят и в природе: извержения вулканов, пожары в лесах и на торфяниках.
2 Ксенобиотики (от гр. ξένος - чужоріднй и βίος - жизнь) - группа чужеродных для живых организмов химических веществ, не входящих в биотический круговорот.
3 Обычно пестициды - это яды, но не всегда: к ним относят также десиканты (вещества, которые высушивают организм) и регуляторы роста. Большинство пестицидов - химические соединения, но также не всегда: для борьбы с сорняками и вредителями применяют также вирусы и другие болезнетворные микроорганизмы. Кроме сельского хозяйства существуют отрасли, где использование гербицидов безусловно необходимо: уничтожения растительности вдоль дорог (железных и автомобильных), на взлетной полосе аэропортов.
4 3 ними ученые-экологи связывают массовую (более 11 тысяч) гибель тюленей в 1987-1988 гг., рост заболеваемости и смертности других теплокровных, рыб, ракообразных, моллюсков и т.д.