Файл: Промышленной токсикологии.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.02.2024

Просмотров: 104

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ИСТОЧНИКИ И МАСШТАБЫ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ БИОСФЕРЫ Экологические последствия техногенных эмиссий Загрязнение биосферы человеком представляет собой одну из самых древних проблем в истории цивилизации. Считается, что химическое загрязнение биосферы, вызванное деятельностью человека, началось с первого зажженного им костра. На этом этапе воздействие человека на окружающую среду было незначительным. Далее по мере развития научно-технического прогресса, роста численности населения и его потребностей антропогенное загрязнение возрастало. Человек издавна рассматривал окружающую природную среду в основном как источник ресурсов. Однако развитие современной цивилизации приводит к парадоксу. Стремясь достигнуть независимости от природы, улучшить условия жизни, человек наращивает темпы материального производства. При этом большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, что ставит под угрозу существование как биосферы, так и самого человека.Биосфера существует, многократно используя одни и те же атомы, т.е. в биосфере вещество используется в круговороте (биогеохимические циклы). Причем, в основном используются легкие биогенные элементы, из которых состоит живое вещество: О, N, C, S, P. Человек же использует вещество планеты крайне неэффективно с образованием огромного количества отходов. При этом в среду хозяйственной деятельности включаются практически все элементы таблицы Менделеева, а также синтезированные человеком соединения: пластмассы, пестициды, радионуклиды и др. В результате происходит обогащение биосферы не свойственными ей веществами, т.е. нарушается естественное соотношение химических элементов. Чтобы обеспечить одного человека предметами существования, каждый год из недр Земли извлекается до 40 т первичного сырья, которые в последующем рассеиваются в биосфере, радикально изменяя эволюционно сформировавшиеся биогеохимические циклы. Острота проблемы заключается в том, что при учете всех видов отходов количество полезного общественного продукта составляет около 10% используемых природных ресурсов, а остальные 90% переходят в отходы – газообразные, жидкие, твердые и, часто, весьма токсичные.Выбрасываемые в окружающую среду загрязнители рассеиваются в биосфере и могут поглощаться живыми организмами. Для ряда загрязнителей наблюдаются очень высокие коэффициенты накопления в пищевых цепях (103…106 раз). При этом человек сталкивается с эффектом бумеранга: находясь в самом конце большинства пищевых цепей, он становится потребителем наиболее загрязненной пищевой продукции.Так, современный горожанин получает в день вместе с пищей, питьевой водой, с табачным дымом и из атмосферы в среднем в 40 раз большесвинца, чем человек доиндустриального века.Главной причиной глобального экологического кризиса является рост народонаселения, инициирующий другие экологические проблемы.В настоящее время население планеты увеличивается быстрее, чем бьется сердце человека: каждую минуту рождается 250 детей, каждые суткинаселение земного шара увеличивается на 250…300 тыс. человек, за год – на 70…85 млн чел. Согласно последним данным ООН, к 2050 году население Земли достигнет 9 млрд человек, но во многих странах демографические показатели снизятся. В частности, сокращение населения в Болгарии составит 35%, в Украине, России, Молдове, Беларуси, Румынии – 25…35%. При этом прирост населения планеты на 88% будет осуществляться за счет развивающихся стран.Появление каждого нового жителя Земли требует дополнительных 0,2…0,5га земли для производства продуктов питания, для жилья, работы, отдыха. Между тем, уровень производства сельскохозяйственной продукции достиг своего предела, и дальнейшее его увеличение может быть достигнуто лишь за счет применения минеральных удобрений, а также пестицидов – для сохранения выращенного урожая. И то, и другое напрямую связано с последующим загрязнением почвы и водоемов.Одновременно нарастает количество крупных городских агломераций. С 1950 по 1983 гг. число жителей в городах увеличилось в 2,6 раза, в то время как сельское население возросло лишь на 53%. Сейчас городское население растет вдвое быстрее, чем население Земли в целом. Среди крупных городов быстрее всего растут города-миллионеры (с населением свыше 1 млн чел.). В 1900г. таких городов было 10, в 1955 – 60, в1980 – 210. В настоящее время в таких городах сосредоточено до 25% всего населения мира, а их число – более 430. В целом городское население планеты составляет более 50%, а в отдельных регионах еще выше: Северная Америка–83%, Австралия-85%, Европа и Латинская Америка-79%, Украина–около 70%. По прогнозам, к 2025 году городское население планеты достигнет 60%. Неоспоримы экономические и социальные преимущества городской жизни. Однако вовлечение в хозяйственный оборот больших территорий по мере роста численности населения приводит к замене естественных экологических систем искусственными. Крупный город изменяет почти все компоненты природной среды: атмосферу, растительность, почву, рельеф, подземные воды, и даже климат. Крупные города имеют над собой «шапку» высотой до 3км, состоящую из устойчивых газообразных аэрозолей. Влияние города на недра распространяется на глубину до 4км. Считается, что город с 2-х млн. населением загрязняет атмосферу в зоне до 100км.Факты интенсивного загрязнения городов общеизвестны. В среднем городской воздух содержит в 150 раз больше пыли и вредных веществ, чем загородный, а соединений свинца в нем в 2000раз больше, чем над океаном. Например, смертность от рака легких среди жителей городов в 4-5 раз выше, чем у жителей деревень. Городских детей от легочных заболеваний умирает в 30 раз больше, чем деревенских. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) считает, что 70-90% всех раковых заболеваний в городах связано с присутствием в городском воздухе различных химических веществ канцерогенной природы, наиболее распространенными из которых являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в том числе самый опасный из них 3,4–бензпирен (БП). За последние 25 лет количество заболеваний раком на планете возросло в 4 раза. Каждый житель большого промышленного города вдыхает в течение жизни (за 70 лет) почти 16 мг БП (при допускаемой концентрации 0,1 мкг/м3). Среднегодовая концентрация БП в атмосфере 37-ми городов Украины превышает норму в 2,5…5,8 раза, а максимальная среднемесячная – в 8 …23,5раза. С ростом численности населения Земли темпы эксплуатации ресурсов недр постоянно возрастают. За минувший ХХ век годовое потребление угля, железа, марганца и никеля увеличилось в 50-60 раз; алюминия, вольфрама, молибдена и калия – в 200…1000 раз. Полагают, что при современной сырьевой базе и сохранении нынешних темпов потребления запасов алюминия хватит на 100 лет; железа – на 150 лет; запасов полиметаллических руд – на 30…60 лет; нефти – на 80…100 лет, природного газа – на 100…140 лет, каменного угля – на 400 лет.Особую категорию с точки зрения исчерпаемости и возобновимости представляют земельные, водные и лесные ресурсы. В настоящее время человек эксплуатирует более 60% суши, использует безвозвратно более 13% годового стока рек, скорость сведения лесов составляет 17 млн га в год. Сейчас площадь тропических лесов сократилась примерно наполовину. Если темпы уничтожения тропических лесов сохранятся, то через 20…30 лет они как экосистемы исчезнут с лица Земли. При строительных и горных работах перемещается более 4 км3 грунтов в год, извлекается из недр Земли ежегодно около 250 млрд т различныхископаемых, сжигается 11 млрд т топлива, выплавляется около1 млрд т различных металлов, рассеивается на полях свыше 500 млн т минеральныхудобрений и 5 млн т пестицидов.Только 50% внесенных удобрений усваивается растениями, потери урожая от сорняков и вредителей часто достигают 30…35%, а 90% пестицидов расходуется впустую, загрязняя почву, воду и атмосферу.В биосферу поступает до 50% извлеченных из недр металлов, 30% химического сырья, 67% теплоты, вырабатываемой ТЭС. Номенклатура продукции химической промышленности составляет 500 тыс химических соединений и ежегодно к ним прибавляется 1…2 тыс новых. Из этого числа 40 тыс обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс являются токсичными, особенно с точки зрения генетики.Подсчитано, что за всю историю человеческого общества выплавлено 20 млрд т железа. Его количество в сооружениях, машинах, транспорте и т.д. сейчас составляет около 6 млрд т, остальное рассеяно в окружающей среде. В течение года рассеивается более 25% годовой продукции железа. Другие вещества рассеиваются еще в большей степени. Так, рассеивание ртути и свинца достигает 80…90% их годового производства.Рост промышленного производства сопровождается лавинообразным нарастанием объема твердых отходов, ежегодное количество которых превышает 2 млрд т. Каждые 8…10 лет количество таких отходов увеличивается в два раза. На каждую тонну добытого угля приходится 20…24 т шахтной воды. Ежегодно из угольных шахт на поверхность откачивается около 2,5 млрд. м3 загрязненных шахтных вод, сброс которых в природные или искусственные водоемы без предварительной очистки наносит природе большой вред. В некоторых шахтах Кривбасса содержание солей в шахтных водах достигает 10…100 г/л. Растут объемы водопотребления, особенно в промышленных странах. Для сносного существования человеку достаточно 15 л воды в сутки. Однако в крупных городах развитых стран потребляют 250…500 л (Москва – 700, Киев – 515, Днепропетровск – 450 л). Расход воды на одного сельского жителя составляет в среднем 60 л/сутки. В мире в среднем – 220…300 л/сутки.В сельском хозяйстве на орошение расходуется 69…70% всей воды, используемой человеком на Земле, 22…23% – в промышленности, а на бытовые нужды идет лишь 8…9%.Одна из причин нехватки воды – расточительность. Так, много воды, накопленной за высокими плотинами водохранилищ, испаряется или просачивается в почву. Воду загрязняют промышленные и бытовые отходы, нитраты из удобрений, смытых с полей, кислотные дожди и вещества, просачивающиеся из свалок токсичных отходов.Уровни содержания нитратов в реках Европы, на которых ведется мониторинг, в среднем в 45 раз выше, чем в чистых реках.Аральское море – классический и печальный пример неправильного хозяйствования. Забор воды на орошение из рек, питающих море, снизил его уровень более чем на 12м, а соленость увеличилась в 10 раз. Кстати, Азовское море в настоящее время недополучает около 23% воды.Качество воды водных объектов Украины находится на чрезвычайно низком уровне. В частности, качество воды Днепра, Северского Донца, речек Приазовья, притоков Днестра и Западного Буга классифицируется как очень грязная (VI класс). К основным загрязнителям рек Украины относятся нефтепродукты, фенолы, азот (аммонийный и нитратный), тяжелые металлы и галогенуглеводороды. Серьезные опасения вызывает состояние почвы. Наибольшей трансформации подвергается самый верхний, поверхностный горизонт литосферы в пределах суши. Под влиянием деятельности людей возникает ускоренная эрозия, когда почвы разрушаются в 100…1000 раз быстрее, чем в естественных условиях. В результате такой эрозии общие потери земельных угодий за всю историю человечества составили 2 млрд га, т.е. превышают ныне обрабатываемую площадь – около 1,5 млрд га (по другим данным – 1,2 млрд га). В ряде регионов Украины заметно ухудшилось состояние земельных угодий в связи с проведением оросительной мелиорации, которая отрицательно влияет на черноземные почвы: уменьшается гумусный горизонт, увеличивается рН до 8…8,5, происходит вторичное засоление корневого слоя.Ежегодно в почву страны вносится 1,75 млн центнеров пестицидов, что приводит к повышенной концентрации вредных веществ в сельскохозяйственных продуктах.Основной глобальной проблемой является сохранение тропических лесов. Обычных лесов сохранилось в мире еще достаточно много: 20% территории Земли покрыто лесами. Но тропические леса – это самые богатые жизнью участки планеты. К настоящему времени влажно-тропические леса в Латинской Америке сведены на 37% от первоначальной площади, в Азии – на 42%, в Африке – на 52%. В отдельных странах положение ещё хуже: в Малазии сохранились 8% лесов, в Таиланде – 7%, в Пакистане – 4%.Если уничтожение лесов будет продолжаться с прежней интенсивностью, то через 50…60 лет тропические леса исчезнут везде, кроме Заира в Африке и Западной Амазонки в Южной Америке. Эти леса – дождевые, занимают всего 6% территории Земли, но в них обитает столько же видов, как и во всех других экосистемах планеты вместе взятых. Каждую минуту дождевой лес исчезает на площади равной футбольному полю. Каждый год он исчезает на территории, равной Австралии (

1) В том числе метан; 2) В том числе 20 млн тонн SO23) Только SO2Основным химическим загрязнителем в настоящее время является диоксид серы, образующийся при сжигании всех видов топлива, выплавке стали, меди и других цветных металлов, при производстве серной кислоты и др.Практически все виды топлива содержат серу: уголь – 3…7%, нефть – 1…2,5%, природный газ – 0,05%. В некоторых полиметаллических рудах содержится до 42…45% серы.При сжигании каменного угля выброс в атмосферу на 1т топлива составляет: 16…20кг SO2, 20кг СО, 10кг NxOy, 50…60кг взвешенных веществ.Антропогенный вклад серы в атмосферу в северном полушарии достигает 93%, в южном полушарии – 50%. Есть несколько районов мира, где выделение диоксида серы в атмосферу особенно интенсивно: Рурский промышленный комплекс, центр Великобритании, северо-восток США, Донбасс. Удельная эмиссия SO2 на территории этих районов весьма высока и достигает 100 т/км2. Средняя эмиссия SO2 в этих странах составляет: Великобритания – 23, Германия – 16, Украина – 6 т/км2.Оксиды серы и азота могут задерживаться в атмосфере до 15 дней. За это время они переносятся ветром на расстояние более 1000км, и одни страны становятся объектом постоянного загрязнения со стороны других. Каждый НПЗ выделяет в сутки 100…300т диоксида серы. Такое количество способно загрязнить воздушную зону на высоте 100м в радиусе 40км от завода. Вокруг коксохимического завода создается геохимическая аномалия в радиусе 15км, вокруг ТЭС – в радиусе 8км.Большое количество загрязняющих веществ поступает в атмосферу городов с автомобильными выхлопами. В настоящее время в мире насчитывается более 1 млрд автомашин, выхлопные газы которых содержат более 500 органических токсичных соединений, в том числе более 40 ПАУ, обладающих канцерогенным и мутагенным действием. Каждая машина с бензиновым двигателем за пройденные 15 тыс. км в год потребляет 4350кг кислорода, а выбрасывает 3250кг СО2, около 600кг СО, 100…200кг углеводородов, 30…40кг окислов азота, 0,5кг тетраэтилсвинца, 0,2г бензпирена.Доля автомобильных выбросов в общем загрязнении атмосферы городов составляет, %: Великобритания – 40…45, США – 50…60, Москва – 95, Ростов – 88, Киев – 85, Одесса – 60, Харьков – 60, Львов – 80, Ужгород, Ялта – 90%, Днепропетровск – более 30%В результате использования тетраэтилсвинца в качестве антидетонационной добавки к бензину с выхлопными газами выбрасываются оксиды, хлориды, фториды, нитраты и сульфаты свинца. Твердые частицы этих соединений образуют аэрозоли, которые оседают в непосредственной близости от автомобильных дорог. В одном из крупнейших городов США Лос-Анджелесе более 4млн автомобилей, которые ежедневно выделяют в атмосферу города 50 т пыли только от износа автопокрышек, свыше 15 т свинца, около 1 тыс т оксидов азота, инициирующих фотохимический смог. В других крупных городах положение не лучше: в Мехико – 3 млн автомашин, Токио – 4,2 млн, в Киеве – около 1,5 млн, в Днепропетровске – более 250 тыс. В воздушное пространство над территорией США с выхлопными газами ежегодно поступает около 200 тыс т свинца: это 1/6 часть ежегодной добычи этого металла в стране. Насыщение биосферы тяжелыми металлами – одно из наиболее опасных глобальных последствий научно-технической революции. Масштабы выбросов кадмия, цинка и меди всеми вулканами мира далеко уступают объему этих металлов, поступающему от мусоросжигательных печей.При сжигании 3 млрд т угля с отходящими газами в атмосферу поступает более 120 млн т золы, в которой содержится некоторых элементов больше, чем добывается из земных недр.Так, ТЭС мощностью 1 млн. кВт, сжигающая 1000 т угля в сутки, выбрасывает в атмосферу до 1кг ртути и 0,1кг мышьяка. Эти соединения обнаруживаются в районе крупных ТЭС в окружности до 30 км. Рассеянные элементы концентрируются в биосфере, а затем поступают в организм человека с продуктами питания, питьевой водой и воздухом. 1.3.Загрязнение водных системЗагрязняющие вещества рано или поздно попадают из атмосферы на поверхность Земли и в водные системы. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды в реки иногда даже без предварительной очистки. Стоки сельскохозяйственных угодий практически никто и не ставит целью очищать, поскольку технически это неразрешимая задача. По той же причине нигде не очищаются ливневые стоки (в том числе, крупных городов). Загрязняются подземные воды – важнейший резервуар пресных вод. Загрязнения пресных вод и земель возвращаются человеку с продуктами питания и питьевой водой.Всего 2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Большая часть пресных вод – 85% - сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10…12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человека имеют пресные воды рек. Именно эти водные ресурсы подвергаются в настоящее время интенсивному антропогенному истощению: за счет непрерывного увеличения водозабора для растущих нужд промышленности, сельского хозяйства и бытового потребления (количественное истощение) и загрязнения вод (качественное истощение).В настоящее время человечество потребляет на хозяйственно-бытовые нужды 12…13% речного стока, следовательно, потенциальные запасы пресной воды пока еще достаточны, однако в любом районе мира они могут быть истощены из-за нерационального водопользования или загрязнения. Темпы роста водопотребления составляют 5…6% за 5 лет.Основные потребители воды – промышленность и сельское хозяйство (90%).К числу отраслей промышленности, потребляющих большое количество воды, относится энергетика, где вода используется в системах охлаждения. По некоторым оценкам, использование воды для охлаждения составляет сейчас на планете 30% общего водопотребления, а в промышленно развитых странах – до 60%.Главный же потребитель пресной воды – сельское хозяйство. Наблюдаемый в настоящее время дефицит пресной воды усугубляется не только непрерывным ростом водопотребления, но и деградацией качества воды природных водоисточников в результате поступления в них неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленного, коммунального и сельскохозяйственного происхождения. Подсчитано, например, что если город потребляет в день 600 тыс м3 воды, то он дает около 500 тыс м3 сточных вод.Строительство очистных сооружений и реконструкция действующих еще существенно отстает от роста потребления воды.Казалось бы, задача решается просто. Достаточно построить необходимое количество очистных сооружений и проблема качественного истощения пресных вод будет решена. На самом деле, проблема оказывается намного сложнее. Даже при самой современной очистке, включая биологическую, из воды извлекаются не более 90% органических и 10…40% неорганических веществ. Такая «очищенная» вода может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой водой. В среднем для нормальной жизнедеятельности реки или водоема промышленные или городские стоки после очистки на биологических сооружениях должны быть разбавлены в 15…30 раз. Только после этого вода, загрязненная стоками, восстанавливает свои первоначальные свойства. Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования расходуется 4200 км3 воды в год. На разбавление стоков уходит около 20…30% ресурсов пресных вод мира. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока вскоре будут близки к качественному и количественному исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км3 «очищенной» сточной воды «портит» 10…15 км3 речной воды, а неочищенной – в 3…5 раз больше.Следует добавить, что некоторые особенно токсичные сточные воды химических производств вообще невозможно очистить существующими методами. Их приходится закачивать в подземные хранилища на постоянное хранение. Таким образом, создаются опасные объекты, так как всегда существует угроза либо прорыва, либо медленной миграции (фильтрации) таких вод в подземные водоносные горизонты. Так, на территории Украины функционируют около 3 тыс фильтровальных накопителей сточных вод, которые существенно ухудшают состояние подземных вод, в частности, в Кривбассе и Донбассе. Особенно опасным является загрязнение природных вод (в том числе, и питьевой воды) полихлорированными дибензодиоксинами (ПХДД) и дибензофуранами (ПХДФ). Специально ПХДД и ПХДФ не производятся, они образуются в качестве примеси при всех химических процессах галоидирования ароматических соединений в присутствии кислорода, в частности при производстве хлорфенолов и гербицидов. Однако, даже обычная примесь диоксинов в товарном продукте 3.10-4% является чрезвычайно опасной. В момент аварий или залповых выбросов предприятий хлорной химии концентрация диоксинов превышает санитарную норму в 20…100 тыс раз! В мировом масштабе основным загрязнителем поверхностных вод суши является нефть и нефтепродукты, которые поступают в результате естественных выходов нефти в районах залегания, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья. Ежегодные поступления нефти в Мировой океан достигают в настоящее время 25…30 млн т в год. После поступления нефти в водный объект первоначально образуются нефтяные слитки-пятна, растекающиеся по водной поверхности: 1т нефти загрязняет акваторию площадью 12 км2. Нефтяная пленка вызывает гибель оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, т.е. нарушается газообмен между атмосферой и гидросферой. А ведь основная доля общего запаса органического углерода и общей валовой продукции фотосинтеза приходится на зеленые растения океана, в первую очередь фитопланктон.Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и гидробионты занимают детергенты – синтетические вещества, очень токсичные к процессам биологического разложения. Ежегодно производится около 4 млн т детергентов. Концентрация этих соединений в сточных водах, как правило, составляет 5…15мг/л (при нормативном требовании для рыбохозяйственного использования водных объектов – 0,1 мг/л). Из других ингредиентов, загрязняющих воду, необходимо назвать тяжелые металлы – ртуть, свинец, цинк, кадмий, медь, олово, хром, марганец, никель, радиоактивные элементы, ядохимикаты, поступающие с сельскохозяйственных полей, и стоки животноводческих ферм.В поверхностные водоемы Днепропетровской области ежегодно сбрасывается более 2 млрд. м3 сточных вод, в том числе без очистки более 740 млн. м3. Большая часть такой воды приходится на долю крупнейших промышленных предприятий металлургической, химической, машиностроительной промышленности. В районе Днепропетровска днепровская вода содержит такие загрязняющие вещества, как нефтепродукты, нитраты, нитриты, сульфаты, соли аммония, хлориды, ионы тяжелых металлов: железа, свинца, никеля, хрома, меди, цинка, марганца, ртути.1.4. Загрязнение почвыОдним из последствий усиливающейся техногенной нагрузки является интенсивное загрязнение почвенного покрова. В роли основных загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и пестициды. Значительными нарушениями земной поверхности и ее интенсивным загрязнением сопровождаются все процессы добычи полезных ископаемых. Подсчитано, что при добыче 1 млн т железной руды нарушается до 640га земли, марганцевой – 600га, угля – 100га.В результате неполного использования сырья, прямых его потерь, отходов производства к середине XXI века концентрация некоторых металлов в почве может увеличиться в 10…100 раз и более. Одним из результатов техногенной миграции элементов является постепенное «ожелезнение» земной поверхности. Ежегодно выплавляется около 700 млн. т железа, причем необратимые потери железа в результате коррозии и истирания достигают 25%. Установлено, что техногенное поступление железа на порядок выше биогенного. Как уже отмечалось, горное производство негативно воздействует на поверхностные водостоки и подземные воды, которые сильно загрязняются механическими примесями и минеральными солями.Одним из эффективных методов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является применение минеральных удобрений, которые обеспечивают в настоящее время около 50% общей прибавки урожая. Мировое производство минеральных удобрений достигло объема 500 млн т в год, потребление удобрений на душу населения в среднем составляет 27 кг/год. К сожалению, при современной технологии растения усваивают только 50% вносимых удобрений, остальная половина уносится водным стоком в ближайший водоем и существенно нарушает равновесие экологических систем и условия развития водных организмов. Загрязнение окружающей среды нитратами вследствие чрезмерного применения азотных удобрений в последнее время становится глобальной экологической проблемой.Неблагоприятные последствия для биосферы и изменения почвенного покрова связаны также с применением в сельском хозяйстве пестицидов, используемых для борьбы с вредителями и болезнями культурных растений, сорняками, для регулирования роста и развития сельскохозяйственных культур. Мировое производство пестицидов превысило 5 млн т в год, ассортимент их насчитывает 100 тыс препаратов и продолжает увеличиваться.Пестициды позволяют не только сохранить и увеличить урожай, но и сократить затраты на выращивание сельскохозяйственных культур и, тем самым, повысить производительность труда на 20…30%. Так, в экономически слаборазвитых странах от болезней и вредителей сельскохозяйственных культур погибает около 50% возможного урожая, а в передовых промышленных странах, где применяются прогрессивные средства борьбы с вредителями, гибнет лишь 15…20% урожая.Сегодня в мире в среднем наносится 0,3 кг пестицидов на 1га, в США – 1,6 кг/га, в Западной Европе – 3 кг/га, в Украине

Контрольные вопросы ……………………………………………... 16

Контрольные вопросы ……………………………………………… 26

Контрольные вопросы ……………………………………………… 36

Контрольные вопросы ……………………………………………… 77

Контрольные вопросы …………………………………………… 133

Контрольные вопросы …………………………………………… 149

Приложения 1 – 7 ……………………………………………………… 220



Биосенсоры, основанные на использовании бактерий, чаще применяются в экологических исследованиях. Так, для определения хлорированных углеводородов и других токсичных компонентов в сточных водах используют биосенсор, измеряющий биолюминесценцию бактерий.

Методы биотестирования, в отличие от биоиндикации, представляют собой характеристику степени воздействия на водные биоценозы. С помощью этих методов можно получить данные о токсичности конкретной пробы воды, загрязненной химическими веществами – антропогенными или природного происхождения. Таким образом, методы биотестирования, будучи биологическими, близки к методам химического анализа вод. В то же время, в отличие от химических методов, они позволяют дать реальную оценку токсических свойств воды или другой среды, обусловленной присутствием комплекса загрязняющих химических веществ и их метаболитов.

Согласно принятому определению, биотестирование воды – эта оценка качества воды по ответным реакциям водных организмов, находящихся в этой среде и являющихся тест-объектами.

Метод биотестирования отличается от биоиндикации тем, что последняя осуществляется в полевых (природных) условиях, а первый – в искусственно созданных условиях эксперимента.

Задачи биотестирования:

-определение токсичности отдельных веществ, вносимых в водную

среду, для последующего нормирования;

-выявление присутствия в водной среде неизвестного состава

биологически опасных веществ;

-установление источников токсического загрязнения водных

объектов и оценка их интенсивности;

-определение необходимой степени разведения сточных вод до

биологически и экологически безвредных уровней.

Так, в ходе биотестирования уровня токсичности среды используют мутагенный эффект от действия на тест-микроорганизм (обычно используют сальмонеллу и её штаммы) токсичных веществ.

В настоящее время уже известно свыше 40 биотестов качества поверхностных и сточных вод, из которых наиболее часто используется 15, в том числе (в скобках обозначен тестируемый объект среды):

- выживание и плодовитость дафнии (сточные и природные воды);

-двигательная активность, выживание и темп роста инфузорий (сточные и природные воды);

-реакция ухода рыб из токсичной зоны (сточные воды);

-смена статического состояния медицинской пиявки динамическим (сточные и природные воды) и другие.

Следует отметить, что ни один из тест-объектов не может служить универсальным индикатором, из-за видовой избирательности в равной степени чувствительным ко всем экологическим факторам.


Методы и приемы биотестирования используются в настоящее время по различным назначениям (табл. 8.8).
Таблица 8.8 – Область применения методов биотестирования

токсичности водной среды.

Объект биотестирования
Параметры токсичности, норматив
Цель биотестирования
Тест-организм

Химические вещества
Концентрации: ЛК50, МНК, ПДК, ОБУВ, ЕК50
Рыбохозяйственное нормирование; контроль токсичности в международной торговле
Гидробионты – представители трофических уровней водн. экосистем. Станд.набор тест-орган-мов

Производственные, технологические и сточн.воды(точечные источники загрязнения)
Коэффициент (кратность) разбавления
Оценка эффективности очистки, выявление опасных компонентов, регламентация сброса, экологическая паспортизация предприятий
Наборы биотестов

Природные воды (неточечные источники загрязнения)
ОТД, ХТД, ЛД50
Проверка соответствия качества воды установленным регламентам. Оценка токсикологического состояния водных объектов. Выявление зон экологического бедствия и чрезвычайных ситуаций
Набор биотестов


Условные обозначения: ЛК50 – летальная концентрация для 50% тест организмов; ЕК50 –эффективная концентрация для 50% тест-организмов; МНК – максимальная недействующая концентрация; ПДК – предельно допустимая концентрация; ОБУВ – ориентировочно безопасный уровень воздействия; ОТД – острое токсическое действие; ХТД – хроническое токсическое действие; ЛД50 – время гибели 50% тест- организмов.

В настоящее время общество осознало опасность токсического загрязнения окружающей среды и пришло к необходимости введения в практику мониторинга совершенно новых нетрадиционных подходов, в частности биологического тестирования.

Биотестирование является основным приемом в разработке ПДК химических веществ и, в конечном итоге, в оценке их опасности для окружающей среды и здоровья населения. В ходе разработки ПДК

определяют параметры, характеризующие токсичность: максимальные недействующие концентрации, ЛК50 или ЭК50. Биотестирование на гидробионтах проводят в случае разработки рыбохозяйственных ПДК, когда оценивать опасность загрязнения водных экосистем.


Биотестирование используют для оценки токсичности промышленных сточных вод на разных этапах их очистки, чаще всего при внедрении новых технологий, а также для разработки ПДС предприятий включены в экологический паспорт предприятия.

Биотестирование природных вод стало широко применяться в научно-исследовательских работах, в том числе прикладной направленности, с начала 80-х годов. Это объясняется существенным увеличением уровня загрязненности водных объектов и надеждами специалистов на то, что биотестирование сможет хотя бы частично заменить химический анализ вод. Показатели биотестирования природных вод включены в перечень показателей для выявления зон чрезвычайно экологической ситуации и зон экологического бедствия.

Тем не менее, мониторинг токсического загрязнения на основе действующей в Украине системы ПДК химических веществ представляет определенные трудности. Прежде всего, они связаны с большим перечнем загрязняющих веществ, попадающих в экосистемы, и невозможностью их контроля, в том числе веществ, образующихся в самой экосистеме в результате ее метаболизма. Кроме того, даже измерение концентрации загрязняющих веществ не позволяет с высокой степенью достоверности судить об их реальном воздействии на биоту из-за неопределенности знаний об их совместных комбинированных эффектах, влиянии других агентов окружающей среды.

Под токсичностью и токсикологическими показателями иногда подразумевают концентрации токсичных загрязняющих веществ в воде. Именно так, в частности, трактуются эти термины в ГОСТе на питьевую воду. Более обоснованным представляется понимание токсичности воды как интегральной характеристики ее свойств, обусловленных присутствием в воде токсичных для биоты загрязняющих химических веществ, которую можно оценить с помощью биотестирования.

Работ по биотестированию водной среды опубликовано множество, но они были сделаны главным образом с целью оценки токсичности вновь синтезированных химических препаратов, препаратов, приобретаемых по импорту, а также при разработке регламентов на химические соединения. Гораздо меньше публикации по биотестированию сточных вод и еще меньше – по биотестированию природных вод.

Следует заметить, что за рубежом, особенно в индустриально развитых странах, биотестирование сточных и природных вод применяется достаточно широко и входит в программы, контролирующих качество вод организаций.


Большое разнообразие методик и процедур, использованных разными авторами, создает определенные трудности в анализе и систематизации материалов: исследуются разные химические вещества, разные наборы методик и тест организмов, разные условия токсикологических экспериментов, которые не всегда стандартизованы. Даже единицы измерения часто несопоставимы. В этой связи были проведены специальные работы по систематизации, отбору и апробации методов биотестирования природных вод в рамках ряда государственных научно-технических программ при участии ведущих специалистов по водной токсикологии.

Интегральный показатель токсичности, помимо общего неспецифического влияния на гидробионты, в некоторых случаях позволяет выделить некоторые специфические реакции на отдельные химические вещества или группы веществ. Так, например, ртуть является сильным ингибитором клеточного деления у водорослей, что позволяет по изменению соответствующих показателей судить о наличии ртути в водной среде. Были сделаны попытки создать своего рода шкалу для идентификации групп загрязняющих веществ по различным проявлениям токсического влияния, в частности по поведенческим реакциям у дафний. Шкала, однако, не имела популярности у специалистов.

В настоящее время хорошо известны методы биотестирования, ориентированные на определение токсичности водной среды, обусловленной присутствием определенных групп химических соединений, в частности фосфорорганических (ФОС). Ингибирующее воздействие ФОС на холинэстеразы известно давно. Сейчас установлено ингибирующее влияние на холинэстеразу и других химических соединений хлорорганических, тяжелых металлов; на этой основе разрабатываются экспрессные методы биотестирования с использованием иммобилизованных ферментов и электродной техники

Следует подчеркнуть, что идентификация природы загрязняющих веществ не является задачей биотестирования и остается прерогативой химического анализа.

В отличие от биотестирования токсичности химических веществ (с целью разработки ПДК), биотестирование природных вод представляет собой оценку токсичности водной среды неизвестного состава и имеет в связи с этим ряд особенностей. Однако даже если специалисту известны источники загрязнения водного объекта и он может предполагать, какие химические вещества присутствуют в пробе природной воды, результат биотестирования не может быть точно предсказан по этим данным. Он будет зависеть от ряда факторов: комбинированного эффекта воздействия комплекса присутствующих загрязняющих веществ, трансформации и метаболизма, гидрохимического режима. Таким образом, только биотестирование может дать ответ о реальной токсичности пробы природной воды для гидробионтов и получить данные об опасности токсического загрязнения водной экосистемы.

8.4. Оценка опасности химических соединений в почве
При проведении контроля загрязнения почв химические вещества подразделяют на три класса по степени опасности:

первый – высокоопасные вещества;

второй – умеренно опасные вещества;

третий – малоопасные вещества.

Класс опасности устанавливают не менее чем по трем показателям из перечня, приведенного в табл.8.9.
Таблица 8.9 – Классы опасности загрязняющих веществ для почвы

Показатель
Нормы для классов опасности:

1-го
2-го
3-го

Токсичность, ЛД50
До 200
200…1000
Свыше 1000

Персистентность*) в почве, мес.
Свыше 12
6…12
Менее 6

ПДК в почве, мг/кг
Менее 0,2
0,2…0,5
Свыше 0,5

Миграция
Мигрирует
Слабо мигрирует
Не мигрирует

Персистентность в растениях, мес
8 и более
1…3
Менее 1

Влияние на пищевую ценность сельхозпродукции
Сильное
Умеренное
Нет

Смотрите также файлы