CC BY
592
тибиотиками и белками (в том числе различными ферментами нуклеинового обмена), а также определение первичной структуры НК путём частичного ферментативного копирования с помощью затравок и т. д. Синтетические олигонуклеотиды также широко используются в качестве матриц и затравок для ДНК- и РНК-полимераз, обратной транскриптазы. Всё это свидетельствует об исключительно важной роли олигонуклеотидов как инструмента исследований в современной науке о химических основах жизни.
И. Г. Широкова, Н. А. Соловьёв
Источники химического загрязнения и их влияние на гидросферу и здоровье человека
Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и берегов водных объектов1.
На территории России практически все водоёмы подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве из них не отвечает нормативным требованиям1 2. Источники загрязняющих веществ разнообразны, а виды отходов и характер их воздействия на компоненты биосферы многочисленны. Можно назвать следующие источники загрязнения гидросферы: промышленность, сельское
хозяйство, добыча, транспортировка и переработка горючих полезных ископаемых; производство энергии; коммунальное хозяйство; транспорт; кислотные осадки.
Огромный вред наносят водным ресурсам сточные воды целлюлозно-бумажной, пищевой, деревообрабатывающей, нефтехимической промышленности, а постоянное возрастание масштабов морских перевозок вызвало почти повсеместное загрязнение морей и океанов нефтью и нефтепродуктами.
Массовое применение минеральных удобрений и химических средств защиты растений привело к появлению ядохимикатов в природных водах и к загрязнению биогенными элементами водоёмов3.
1 Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. М., 2002. С. 158.
2 Бастман Т. Кризис окружающей среды. СПб.: Прогресс-погода, 1995. С. 83.
3 Садовникова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. М.: Высш. шк., 2008. С. 18.
402
Установлено, что интенсивная вырубка хвойных лесов влечет за собой многочисленные отрицательные последствия, в том числе повышенное содержания растворённых в воде химических веществ, снижение рН, ускорение эрозии и увеличение стока наносов.
Загрязнение рек, озёр, морей и даже океанов происходит с нарастающей скоростью, так как в водоёмы поступает огромное количество взвешенных и растворённых веществ (неорганических и органических).
Основными источниками загрязнения природных вод являются:
1) атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха полютантов (загрязнителей) промышленного происхождения. Особенно опасны стоки с городских улиц, промышленных площадок, несущие массы нефтепродуктов, мусора, фенолов, кислот;
2) городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты (поверхностноактивные моющие средства), микроорганизмы, в том числе патогенные;
3) промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее активно потребляют воду чёрная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленности1.
В промышленности вода используется в следующих направлениях:
- в качестве химического реагента (например, в производстве этилового спирта (C2H5OH), при получении H2 и Cl2 электролизом раствора NaCl);
- как растворитель (большинство реакций идёт в растворах), как поглотитель многих веществ (при очистке газов методом абсорбции), для приготовления строительных растворов и т. п.;
- как теплоноситель в современных энергосистемах (атомные, гидро- и теплоэлектростанции);
- для транспортировки сырья, полуфабрикатов, готовой продукции и отходов (например, при гидроудалении отходов в отвалы);
-2
- для промывки продукции и других целей1 2.
Ни одно промышленное предприятие не может функционировать, не используя воду из природных источников. Потребность предприятий в воде изменяется в широких пределах и зависит от вида
1 Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. М.: Высш. шк., 1988. С. 140.
2 Балина Т.К., Панулов Ю.Г., Зимин Р.А. Охрана природы (химическая экология): учеб. Пособие. Тверь, 1993. С. 45.
403
получаемой продукции, принятой технологии, системы водоснабжения (прямоточной или водооборотной), климатических условий и т. п. Так, для получения 1 т угля затрачивается 2 т воды, стали - 15-20 т, целлюлозы - 400-500 т, синтетического волокна - 500 м3. 1
С развитием промышленности и увеличением потребления воды растёт и количество жидких отходов - сточных вод. При технологических процессах появляются следующие основные виды сточных вод:
1) реакционные - образующиеся в процессе реакций с выделением воды. Эти воды загрязнены как исходными веществами, так и продуктами реакции;
2) воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах (свободная или связанная вода);
3) промывные - воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования, маточные водные растворы;
4) водные экстрагенты и абсорбенты;
5) охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения;
6) бытовые - воды столовых, прачечных, душевых, туалетов, воды после мытья помещений и т. д.;
7) атмосферные осадки, стекающие с территории промышленных предприятий, загрязнённые различными химическими веществами1 2 3 4.
Выделяют две основные группы производственных стоков: содержащие неорганические вещества, в том числе вредные; содержащие органические вещества, в том числе токсичные.
К первой группе относятся сточные воды азотно-туковых заводов, содовых, серно-кислотных, обогатительных фабрик и т. д.; ко второй группе - сточные воды нефтеперерабатывающих, нефтехимических, коксохимических заводов, производств синтетического каучука, пластмасс и т. п.3
Чёрная и цветная металлургия, металлообрабатывающая промышленность занимают одно из первых мест по объёму загрязнений, выбрасываемых в окружающую среду4. Сточные воды этих предприятий наряду с солями тяжёлых металлов содержат
1 Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология. М.: Дрофа, 2006. С. 409.
2 Глушко Я.М. Вредные органические соединения в промышленных сточных водах. Л.: Химия, 1982. С. 140-141.
3 Гусакова Н.В. Химия окружающей среды. Ростов н/Д: Феникс, 2004. С. 14.
4 Садовникова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. М.: Высш. шк., 2008. С. 24.
404
цианиды (KCN, NaCN, HgCN и др.), тиоцианаты (3SCN), сульфиды 3S, сероводород (H2S) и соединения мышьяка (As), отравляющие гидробиоту и делающие воду непригодной для питья, водопоя, орошения, а зачастую и для технического использования.
Производство цветных металлов, сплавов и гальваническое производство поставляют в биосферу Se, As, Sb, С^ Ag, Sr, Zn, Cd, Hg, Al, Sn, Pb, Bi, Mo, W, Ni. Кроме твёрдых отходов, металлургические и металообрабатывающие заводы сбрасывают в реки и другие водоприёмники сточные воды, содержащие твёрдые взвеси, растворы солей, кислот и щелочей, соединения тяжёлых металлов, цианиды и углеводороды.
Предприятия химической промышленности являются источниками менее крупнотоннажных, но значительно более разнообразных и токсичных стоков и выбросов в биосферу. К ним в первую очередь следует отнести органические растворители, амины (RNH2), альдегиды (RCHO), хлор (Cl2) и его производные, оксиды азота (NxOy), циановодород (HCN), фториды pxFy), сернистые соединения (диоксид серы (SO2), сероводород (H2S), сероуглерод (CS2)), металлорганические соединения, соединения фосфора, ртуть (Hg).
Предприятия целлюлозно-бумажной промышленности в большом количестве сбрасывают в воду целлюлозное волокно, растворённые органические вещества, смолы, жиры. Все они легко окисляются при участии аэробных микроорганизмов, что связано с интенсивным потреблением кислорода, растворённого в воде, и пересыщением водоёмов органикой1. Очень опасны сточные воды заводов искусственного волокна, коксохимических и газосланцевых предприятий, содержащие смолистые вещества, фенолы (C6H5OH), меркаптаны (RSH), органические кислоты (RCOOH), альдегиды (RCHO), спирты (ROH), красители. Их токсическое действие распространяется на большие расстояния, особенно в реках с сильным течением, так как органические примеси сточных вод минерализуются медленно.
Машиностроительная промышленность со сточными водами сбрасывает значительное количество загрязняющих веществ, в первую очеедь нефтепродуктов, сульфатов (SO42-), хлоридов (Cl-), взвешенных веществ, цианидов (RCN), соединений азота, солей
1 Садовникова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. М.: Высш. шк., 2008. С. 25.
405
железа, меди, цинка, никеля, хрома, молибдена, фосфора, кадмия1
Сточные воды текстильной промышленности характеризуются наличием в них взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, соединений фосфора и азота, нитратов, синтетических ПАВ, железа, меди, цинка, никеля, хрома, свинца, фтора и др. В сточных водах кожевенной промышленности присутствуют фенолы, синтетические ПАВ, жиры и масла, хром, алюминий, сероводород, метанол (CH3OH).
Предприятия пищевой промышленности загрязняют водоёмы органическими веществами, сульфатами (SO42-), фосфатами (PO43-), нитратами (NO3-), щелочами и кислотами. Кроме того, в сточные воды поступают поваренная соль (NaCl), нитриты (NO2-), моющие и дезинфицирующие вещества, остатки кормов и подстилки животных, содержащие болезнетворные микроорганизмы1 2.
Большую опасность представляют загрязнения вод радиоактивными веществами3. Ряд радионуклидов попадает в океан из атмосферы, например, изотоп 14С, образующийся при захвате нейтронов атомами азота. Ядерные взрывы привели к появлению в океане продуктов деления 235U, 239Pu и 238U. В океан сбрасываются радиоактивные отходы. В течение 20 лет сохраняется активность, обусловленная изотопами 90Sr, 90Y, 137Cs, 137Ba, 147Pm и 157Sm. Изотоп 90Sr имеет тенденцию аккумулироваться в костном материале, особенно в костях детей. Некоторые организмы аккумулируют в своём теле определённые радионуклиды в количествах, превышающих концентрацию в морской воде. Например, в печени тунца накапливаются изотопы 65Zn и 55Fe.
Источником загрязнения водных объектов является и сельское хозяйство. Во-первых, повышение урожайности, продуктивности земель неизбежно связано с применением ядохимикатов, используемых для подавления вредителей, болезней растений и сорняков. Эти ядохимикаты непосредственно попадают на поверхность почвы или смываются на большие расстояния, оказываясь в водных объектах. Во-вторых, животноводство связано с образованием больших масс мёртвой органики (навоза, подстилки), мочевины, которые также могут оказываться в водных объектах. Эти отходы не ядовиты, но их массы огромны, что также ведёт к тяжёлым последствиям для водных экологических систем.
1 Джувеликян Х.А. Экология и человек. Воронеж: Изд-во гос. ун-та, 1999. С. 19.
2 Данилов-Данильян В.И., Лосев К.И. Экологический вызов и устойчивое развитие. М.: Прогресс-традиция, 2000. С. 54.
3 Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. М.: Высш. шк. 1988. С. 144.
406
Сельскохозяйственная деятельность на территории водосбора и по берегам рек приводит к изменению донных отложений в связи с усиленным заилением, увеличивается поглощение солнечной радиации, повышается температура воды и нарушается баланс кислорода.
Кроме того, изменяется внутригодовое распределение стока реки, особенно при орошении сельскохозяйственных угодий, уничтожается прибрежная растительность1.
Сточные воды, содержащие органические вещества (не только от животноводства), содержат массу биогенных элементов, в том числе азота и фосфора1 2. Увеличение их содержания в водоёмах приводит к эвтрофикации, что стимулирует развитие сине-зелёных водорослей, снижает содержание кислорода в воде, вызывая замор рыбы16. Подсчитано, что только за счёт поверхностного смыва с каждого гектара пашни ежегодно уносится до 10 кг фосфора. Наряду с удобрениями источником фосфорного загрязнения почвы и воды являются фосфорсодержащие пестициды3, которые широко используются в современном земледелии (от лат. pestis - зараза, caedo - убивать). Пестициды - это вещества, используемые при возделывании, уборке и хранении продукции растениеводства, для борьбы с вредителями, сорняками, фитопатогенами и другими растительными, животными и микробиологическими формами, вредными для растений. Пестициды, распыленные в воздухе при использовании самолётов, переносятся на огромные расстояния и с осадками выпадают не только на поверхность земли, но и на водную поверхность, нанося огромный вред всему живому. Кроме того, в ряде случаев биоциды вносятся непосредственно в водную среду для уничтожения обитающих там вредных насекомых, непромысловых видов рыб, некоторых водных растений. Даже тщательная дозировка и контроль при массовом применении пестицидов (например, при истреблении комаров) оказываются недостаточными: гибнут птицы и мелкие животные, планктон.
Значительно загрязняют поверхностные воды городские стоки, содержащие продукты неполного сгорания нефти и нефтепродуктов, отработанные смазочные масла, охлаждающие эмульсии и другие соединения нефтяного происхождения. Нефть считается одним из
1 Восстановление и охрана малых рек / под ред. К.К. Эдельштейна, И.И. Сахаровой. С. 26.
2 Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. М.: Высш. шк., 1988. С. 143.
3 Садовникова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. М.: Высш. шк., 2008. С. 40.
407
самых распространённых и самых опасных загрязняющих веществ в гидросфере, так как около трети её мирового производства добывается на континентальном шельфе. Большую опасность представляют перевозки нефти крупнотоннажными танкерами-нефтевозами. Общая масса нефтепродуктов, ежегодно попадающих в моря и океаны, оценивается « в 5-10 млн т1. Сухогрузный и пассажирский водный транспорт также сбрасывает в воды большое количество отработанной нефти и нефтепродуктов. В настоящее время почти 300 % морских судов работает на жидком топливе, причём их мощность возрастает из года в год. Нефть и нефтепродукты поступают в Мировой океан в процессе бункеровки топлива, вследствие утечек, при перекачке за борт трюмных вод, из-за неполного сгорания топлива и т. п.
Значительное количество загрязнений сбрасывается в поверхностные и подземные воды с коммунально-бытовыми стоками городов. Их объём зависит от степени благоустроенности города или посёлка и, как правило, имеет два суточных максимума -утренний и вечерний и глубокий ночной минимум. В настоящее время средняя концентрация загрязняющих веществ в сточных водах коммунально-бытового сектора составляет « 1 кг/м3, причём « 50 % загрязняющих веществ находится в растворённом состоянии. Весьма опасная разновидность загрязнений, свойственных стокам городов - детергенты, или синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые являются сильными токсикантами, устойчивыми к процессам биологического разложения. Они широко используются в быту и многих отраслях промышленности как моющие вещества, эмульгаторы, вспениватели. Воды плохо подвергаются очистке от детергентов и в водоёмы сбрасывается до 50-60 % их первоначального количества. Концентрация этих веществ в городских стоках составляет в среднем 4-6 мг/л, хотя ПДК ПАВ в природных водах не должна превышать 0,3 мг/л.
Загрязнение рек города происходит из-за попадания в них грязного снега, который содержит большое количество углеродсодержащих примесей, тяжёлых металлов и полихлорированных бифенилов, вызывающих образование злокачественных раковых клеток1 2.
Автотранспорт также загрязняет гидросферу. Ливневые сточные воды с поверхности автомагистралей, площадок АЗС, с территории
1 Кумачев В.П., Кузьменок Н.М. Глобальная экология и химия. Мн.: Изд-во Университетское, 1991. С. 14.
2 Джувеликян Х.А. Экология и человек. Воронеж: Изд-во гос. ун-та, 1999. С. 25.
408
автотранс-портных и авторемонтных предприятий - мощный источник загрязнения водных бассейнов в городской местности нефтепродуктами, фенолами и легкоокисляющимися органическими веществами, тяжёлыми металлами.
Все рассмотренные антропогенные загрязнители негативно влияют не только на гидросферу, но и оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Росту числа заболеваний, обусловленных загрязнением воды, способствует тот факт, что на очистные сооружения водопроводных станций поступает вода низкого качества.
Водным путём передается большинство кишечных инфекций: брюшной тиф, дизентерия, паратифы, сальмонеллы, холера и др. Доказана роль воды при распространении эпидемического гепатита А (болезни Боткина) и полиомелита, являющихся вирусными заболеваниями. Определённое значение имеет водный фактор и в передаче аденовирусных инфекций, амёбиаза, лямблиоза и большой группы гельминтозов.
Всплеск заболеваний вызывают химические вещества, растворённые в прудах, озёрах и реках. Так, железо провоцирует сердечно-сосудистые болезни, кадмий разрушает структуру ДНК, никель поражает кожу, цинк выводит из строя почки, алюминий парализует центральную нервную и имунную системы (особенно у детей). Поэтому сегодня проблему очистки воды следует считать одной из важнейших проблем охраны окружающей среды, так как вода - это не только здоровье населения, но и жизнь животного и растительного мира.
Г. И. Громова
Применение математических знаний учащихся при изучении химии
Современный подход к учебному процессу как единому целому предполагает согласованность в преподавании естественнонаучных и гуманитарных дисциплин. При преподавании естественнонаучных дисциплин необходим единый подход при обучении математики, химии, физики и биологии. Между тем такой единый подход не всегда осуществляется в школе, так как учителя-предметники работают по своим программам и редко интересуются программами своих коллег по другим дисциплинам. Это приводит к несогласованности
409
