Okoljski problemi kemične industrije. Poročilo o kemiji na temo: »Okoljski problemi kemične industrije

29.09.2019

Glavni problemi sodobne kemije

2. Kemijska industrija in okoljski problemi kemije

Kemična industrija je ena najhitreje razvijajočih se panog. Spada med panoge, ki so osnova sodobnega znanstvenega in tehnološkega napredka. V strukturi kemična industrija Kljub vsemu pomenu osnovne kemije je vodilni položaj prešel v industrijo plastike, kemičnih vlaken, barvil, farmacevtskih izdelkov, detergentov in kozmetike.

Reagenti in materiali, ki jih proizvaja kemična industrija, se pogosto uporabljajo v tehnoloških procesih v najrazličnejših panogah. IN moderna doba Kemična industrija je postala nekakšen indikator, ki določa stopnjo modernizacije gospodarskega mehanizma katere koli države.

V ruski kemični industriji je priporočljivo razlikovati 5 skupin proizvodnje:

1. Rudarstvo in kemična industrija, vključno s pridobivanjem primarnih kemičnih surovin.

2. Osnovna kemija, specializirana za proizvodnjo mineralnih gnojil, kislin, sode in drugih snovi, ki so tako rekoč "hrana" za druge sektorje gospodarstva.

3. Proizvodnja polimernih snovi.

4. Predelava polimernih materialov.

5. Heterogena skupina drugih, rahlo medsebojno povezanih vej te industrije: fotokemična, gospodinjska kemikalija itd. Zelenin K.N., Sergutina V.P., Solod O.V. Opravljanje izpita iz kemije. Sankt Peterburg, 2001. Str. 2-3. .

Gospodinjske kemikalije so podsektor kemične industrije, ki je trenutno doživel velik razvoj. Vsak tako ali drugače skoraj nenehno bodisi uporablja »plodove« kemične industrije bodisi se sooča z aktivnostmi, ki zahtevajo poznavanje varnega ravnanja s snovmi. Dobra gospodinja ne bo nikoli postavil steklenice ocetne kisline poleg drugih podobnih posod za hrano. Poučena oseba vedno prebere navodila pred delom z gospodinjskimi tekočinami, kot so klorovo belilo ali čistila za steklo, in ve, da je treba po prekrivanju tal z novim linolejem ali preprogo prostor vedno prezračiti. Vse to so tehnike za varno ravnanje s snovmi. Podrobneje glej: Artamonova V. Šamponi: kemija in biologija v eni steklenici // Kemija in življenje. 2001. št. 4. strani 36-40. . Sposobnost priprave raztopin, poznavanje metod čiščenja snovi, lastnosti najpogostejših spojin, njihov vpliv na zdravje ljudi - vsega tega se bo mlajša generacija naučila pri pouku kemije v šoli Za več podrobnosti glej: “. Okrogla miza» na tretjem Moskovskem pedagoškem maratonu izobraževalnih predmetov 8. april 2004 »Kje začeti študirati kemijo ali Kako se navdušiti za kemijo« // Kemija (Založba Prvi september). 2004. št. 33. str. 3-7..

Glavni problemi v razvoju industrije so povezani z okoljem. Treba je opozoriti, da trenutno razvoj industrije, vključno s kemično industrijo, bistveno poslabša okoljske probleme. Znanstveni in tehnološki napredek razvija produktivne sile, izboljšuje človekove življenjske pogoje in dviguje njegovo raven. Obenem vse večji poseg človeka včasih vnaša spremembe v okolje, ki lahko povzročijo nepopravljive posledice v ekološkem in biološkem smislu. Posledica človekovega aktivnega vpliva na naravo je njeno onesnaževanje, zamašitev in izčrpavanje.

Kot rezultat gospodarska dejavnostčloveka, spremeni sestava plinov in vsebnost prahu v spodnjih plasteh ozračja. Tako ob sproščanju odpadkov iz industrijske kemične proizvodnje pride v ozračje velika količina suspendiranih delcev in različnih plinov. Kemične spojine, ki so v biološkem smislu zelo aktivne, lahko povzročijo dolgoročne učinke na človeka: kronične vnetne bolezni različnih organov, spremembe. živčnega sistema, vpliv na intrauterini razvoj ploda, kar vodi do različnih nepravilnosti pri novorojenčkih. Na primer, po podatkih Volgogradskega hidrometeorološkega centra se je v zadnjih 5 letih stopnja onesnaženosti s prahom, dušikovimi oksidi, sajami, amoniakom in formaldehidom povečala za 2-5 krat. To je predvsem posledica nepopolnosti tehnološki procesi. Visoko onesnaženje z vodikovim kloridom in organoklornimi snovmi v južni industrijski coni Volgograda je razloženo s pogostim pomanjkanjem surovin v kemičnih podjetjih, kar vodi do delovanja opreme pri zmanjšanih obremenitvah, pri katerih je zelo težko vzdrževati tehnološke standarde. Glej: Alexandrov Yu.V., Borzenko A.S., Polyakov A.V. Zdravje prebivalstva kot merilo socialnega in ekološkega stanja ozemlja // Volga Ecological Bulletin: Vol. 4. Volgograd, 2003. Str. 34.

K onesnaženosti zraka v mestu Volgograd največ prispevajo petrokemična podjetja (35%). Količina škodljivih snovi, ki jih oddajajo petrokemična podjetja: vodikov sulfid - 0,4 tisoč ton na leto, fenol - 0,3 tisoč ton na leto, amoniak - 0,5 tisoč ton na leto, vodikov klorid - 0,2 tisoč ton na leto Ibid. Str. 35. .

Vse navedeno je razloženo s številnimi dejavniki, od nizke kakovosti surovin do nezadovoljivega stanja procesne opreme in naprav za zbiranje prahu in plinov v podjetjih kot celoti.

Industrijska podjetja, na primer Khimprom, Kaustik, tovarna dušika in kisika Volzhsky, tovarna za organsko sintezo in številni rezervoarji drugih podjetij povzročajo ogromno škodo na poplavnem območju. Posebno škodo povzročajo tla z nizko vsebnostjo humusa in organske snovi, pa tudi karbonatni černozemi. V njih lahko kot lepila prevladujejo tanke frakcije karbonatov, ki so nestabilne na učinke kislih padavin. In odstranitev lipidne frakcije pod vplivom organskih topil, ki jih podjetja oddajajo v ozračje, lahko skupaj z drugimi dejavniki povzroči izgubo agronomsko dragocene strukture namakanih zemljišč in njihov umik iz kmetijske rabe. Skozi tla lahko kemikalije vstopijo v hrano, vodo in zrak Glej: Kovshov V.P., Golubchik M.M., Nosonov A.M. Raba naravnih virov in ohranjanje narave. Saransk, 2002. Str. 56. .

Industrijski odpadki pridejo v vodna telesa in hitro uničijo ekološke povezave, ki so se v naravi razvijale v tisočletjih. Ob kroničnih vplivih prihaja do degradacije vodnih ekosistemov, ki se nahajajo na območju skladišč tekočih odpadkov. Kemikalije, ki jih vsebuje odpadna voda, lahko migrirajo v podtalnico in nato vstopijo v odprta vodna telesa. Tako je več kot 50 % odkritih komponent (v odpadni vodi) prišlo iz rezervoarjev za odpadne vode v podtalnico in 38 % v Svetovni ocean. Tekoče odpadne vode iz kemične proizvodnje negativno vplivajo tudi na procese naravnega samočiščenja vode v morjih in oceanih. Tako kršitev predpisov o čiščenju odpadnih voda in odlaganje odpadnih voda v rezervoarje in uparjalnike spremlja intenzivna. onesnaženje predmetov okolju, zlasti morja in oceani planeta.

Treba je opozoriti, da se je kakovost vode v naši državi v zadnjih 5-7 letih nekoliko izboljšala. To je razloženo z dejstvom, da so številna vodilna industrijska podjetja omejila svoje proizvodne programe. Torej, v letih 1980-91. v vodi Volga je bilo živo srebro določeno v območju 0,013-0,069 μ/l, kar znatno presega MPC. Takrat (pred letom 1995) je bilo živo srebro zaznano v nižjih koncentracijah - do 0,0183 μg/l, po letu 1996 pa ga ni bilo zaznati. Trenutno mnogi (vendar ne vsi!) Kazalniki Volge z vidika gospodarske in kulturne rabe vode ne presegajo največje dovoljene koncentracije.

Okoljske probleme je mogoče rešiti le s stabilizacijo gospodarsko stanje in oblikovanje takšnega ekonomskega mehanizma za ravnanje z okoljem, ko bo plačilo za onesnaževanje okolja ustrezalo stroškom njegovega popolnega čiščenja.

Na splošno lahko izpostavimo naslednja navodila rešitve okoljskih problemov, ki jih povzroča kemična industrija:

Š skladnost s predpisi, državnimi standardi in drugo regulativni dokumenti na področju varstva okolja;

Š delovanje čistilnih naprav, nadzorna oprema;

Š izvajanje načrtov in ukrepov varstva okolja;

Š skladnost z zahtevami, normami in pravili med namestitvijo, gradnjo, zagonom, delovanjem in razgradnjo objektov kemične industrije;

Ш izpolnjevanje zahtev, navedenih v zaključku državne okoljske presoje.

Adipinska kislina

V zvezi z zaostrovanjem okoljskih zahtev v evropskih državah in ZDA se v reviji Chem. Brit"(1995.-№3.-S...

Alternativna energija vodika kot element šolskega oddelka kemije: "Fizikalne in kemijske lastnosti vodika"

Vplivi energetike na okolje so različni in so odvisni od vrste energetskih virov in vrste elektrarn. Približno 1/4 vseh porabljenih virov energije prihaja iz elektrogospodarstva...

Dioksini in varnost živilskih surovin in živil

Zgodovina "spoznavanja" človeštva z dioksini sega v 30.

Zgodovinski pregled glavnih stopenj v razvoju kemije

Konec srednjega veka so zaznamovali postopen umik od okultizma, upad zanimanja za alkimijo in širjenje mehanističnega pogleda na strukturo narave. Jatrokemija. Paracelsus je imel popolnoma drugačne poglede na cilje alkimije ...

In vitro ocena toksičnosti srebrovih nanodelcev

Število imen nanomaterialov in obseg njihove uporabe na različnih področjih znanosti, medicine, energetike, industrije hitro narašča ...

Pridobivanje biogoriv iz rastlinskih surovin

Bioetanol kot gorivo je nevtralen kot vir toplogrednih plinov. Ima ničelno bilanco ogljikovega dioksida, saj njegova proizvodnja s fermentacijo in poznejšim zgorevanjem oddaja enako količino CO2...

Radon, njegov vpliv na človeka

Trenutno ostaja dejanski problem izpostavljenost ljudi radioaktivnemu plinu radonu. Že v 16. stoletju je bila na Češkem in v Nemčiji visoka umrljivost rudarjev. V 50. letih dvajsetega stoletja so se pojavile razlage tega dejstva. Dokazano je ...

Lastnosti aluminija in področja uporabe v industriji in vsakdanjem življenju

Razvoj novih polj in povečanje globine vrtin postavljata določene zahteve glede materialov, ki se uporabljajo za izdelavo delov in komponent opreme naftnih in plinskih polj ter opreme za predelavo naftnih derivatov ...

Lastnosti in uporaba poligvanidinskih derivatov

Živila služijo kot ugodno okolje za razvoj mikroorganizmov. V proizvodnih prostorih z visoko vlažnostjo mikroorganizmi tvorijo biofilme na površini izdelkov, proizvodni opremi...

Sinteza amonijevega dikromata

(Vpliv geološkega raziskovanja, rudarjenja in predelave surovin na okolje) Krom je zelo strupena snov. Vpliv kromovih soli na živi organizem spremlja draženje kože ali sluznice...

Trenutni trendi in nove smeri v polimerizmu

Med projekti s področja fizike in fizikalne kemije polimerov se je treba osredotočiti predvsem na teoretično delo. Teoretična smer polimerov je bila tradicionalno v ZSSR in ostaja zelo močna v Rusiji ...

Izboljšanje ciljne dostave biološko aktivnih snovi v posamezne organe in ciljne celice

8.1 Okoljski problemi Znanstvena in tehnološka revolucija je omogočila razširitev in znižanje stroškov surovin za pridobivanje mineralnih gnojil, organiziranje množičnega prevoza tekočih vmesnih proizvodov za gnojila (amoniak, fosforjeva kislina) ...

Kemija kot veja naravoslovja

Eden osrednjih konceptov kemije je koncept "kemijske vezi". Zelo malo elementov se v naravi pojavlja kot posamezni, prosti atomi iste vrste ...

Eterična olja

Glavni problem danes – civilizirana, znanstveno utemeljena uporaba eteričnih olj za preprečevanje in zdravljenje različnih bolezni in psihološke težave" Obstaja pa še vrsta drugih težav ...

Vzroki za vpliv na okolje

Po intenzivnosti vpliva na okolje ima industrijska proizvodnja enega najmočnejših vplivov. Glavni razlog so zastarele proizvodne tehnologije in pretirana koncentracija proizvodnje na enem ozemlju ali znotraj enega podjetja. Večina velikih podjetij nima sistema varstva okolja ali pa je ta precej preprost.

Opomba 1

Večina industrijskih odpadkov se vrne v okolje kot odpadek. IN končnih izdelkov V bistvu se porabi 1-2 % surovin, ostalo se vrže v biosfero in onesnaži njene sestavine.

Glavni viri onesnaženja

Glede na naravo vpliva industrije na okolje so industrijski proizvodni kompleksi razdeljeni na:

goriva in energije,
metalurški,
kemični gozd
zgradba

Glavni onesnaževalec zraka je plin žveplov dioksid. [Komentar]

Plin žveplov dioksid je kombinacija žvepla in kisika.

Ta vrsta onesnaženja je uničujoča. Med procesom sproščanja se kopiči v ozračju žveplova kislina, ki je dodatno posledica pojava kislega dežja. Glavni viri onesnaževanja so proizvodi avtomobilske industrije, ki pri svojem delovanju uporabljajo premog, ki vsebuje žveplo, nafto in plin.

Poleg tega imata črna in barvna metalurgija ter kemična industrija velik vpliv na okolje. Zaradi izpušnih plinov se vsako leto poveča koncentracija škodljivih snovi.

Po statističnih podatkih je delež škodljivih snovi v ZDA 60% celotne količine vseh škodljivih snovi.

Rast proizvodnje je resna. Industrializacija človeštvu vsako leto predstavlja nove tehnologije, ki pospešujejo industrijsko zmogljivost. Zaščitni ukrepi žal ne zadoščajo več za zmanjšanje posledične stopnje onesnaženosti.

Ukrepi za preprečevanje okoljskih nesreč

Večina okoljskih nesreč se zgodi bodisi zaradi človeške malomarnosti bodisi zaradi obrabe opreme. Sredstva, ki bi jih lahko prihranili pred pravočasno preprečenimi nesrečami, bi lahko uporabili za obnovo gorivnega in energetskega kompleksa. To pa bi bistveno znižalo stopnjo energetske intenzivnosti gospodarstva.

Zaradi neracionalnega ravnanja z okoljem je naravi povzročena nepopravljiva škoda. Za analizo ključnih ukrepov za preprečevanje onesnaževanja je treba najprej medsebojno povezati rezultate gospodarske dejavnosti ter okolju prijaznost izdelkov in njihovo proizvodno tehnologijo.

Ta dogodek zahteva znatne stroške proizvodnje, ki jih je treba vključiti v načrtovano proizvodnjo. Podjetje mora stroške ločiti na tri komponente:

proizvodni stroški,
okoljski stroški,
stroški okoljsko kakovostne proizvodnje izdelka ali zamenjava izdelka z okolju prijaznejšim.

V Rusiji je glavna industrija proizvodnja nafte in plina. Kljub dejstvu, da se obseg proizvodnje na sedanji stopnji nagiba k zmanjšanju, je kompleks goriva in energije največji vir industrijskega onesnaževanja. Okoljski problemi se začnejo že v fazi pridobivanja in transporta surovin.

Vsako leto je več kot 20 tisoč nesreč, povezanih z razlitjem nafte, ki vstopa v vodna telesa in jih spremlja smrt flore in favne. Poleg tega nesreče povzročajo velike gospodarske izgube.

Da bi čim bolj preprečili širjenje okoljske katastrofe, je okolju najprijaznejši način transporta nafte po cevovodih.

Ta vrsta transporta ne vključuje samo cevnega sistema, temveč tudi črpalne postaje, kompresorje in še veliko več.

Opomba 2

Kljub okolju prijaznosti in zanesljivosti tega sistema proces ne poteka brez nesreč. Ker je približno 40 % cevovodnega transportnega sistema dotrajanega in njegova življenjska doba že zdavnaj potekla. Z leti se na ceveh pojavijo napake in pride do korozije kovin.

Torej ena najhujših nesreč v zgodovini v zadnjem času je preboj naftovoda. Zaradi te nesreče je približno 1000 ton nafte končalo v reki Belaya. Po statističnih podatkih rusko okolje vsako leto utrpi škodo zaradi 700 incidentov, povezanih z razlitjem nafte. Te nesreče vodijo v nepovratne procese v okolju.

Oprema za proizvodnjo nafte in vrtanje delujeta v precej težkih razmerah. Preobremenitve, statične in dinamične obremenitve, visok tlak vodijo do obrabe opreme.

Posebno pozornost je treba nameniti zastarelim črpalnim strojem. Pri uporabi večfaznih črpalk se poveča okoljska varnost in gospodarska učinkovitost. Poleg tega je mogoče dobljeni plin uporabiti na bolj ekonomičen in okolju prijazen način. Danes plin iz vrtine sežigajo, čeprav je ta plin dokaj dragocena surovina za kemično industrijo.

Po mnenju znanstvenikov se je v nekaj letih obremenitev okolja povečala 2-3 krat. Narašča poraba čiste vode, ki se neusmiljeno zapravlja v industrijski proizvodnji in kmetijstvu.

Problem čiste vode je na sedanji stopnji človekovega razvoja postal tako akuten, da raven oskrbe z vodo pogosto določa raven industrije in rast mest.

Kljub poraznim napovedim so države v državah v razvoju začele posvečati veliko pozornost čiščenju in spremljanju okoljske varnosti. Nova proizvodnja ne dobi dovoljenja brez namestitve in zagona čistilnih naprav.

Pri okoljskih zadevah je potrebno resno vprašanje državne ureditve.

Danes ni več treba nikogar prepričevati o izjemnem pomenu vprašanj, povezanih z varstvom okolja, za vse človeštvo. Ta problem je zapleten in večplasten. Ne vključuje le povsem znanstvenih vidikov, temveč tudi ekonomske, družbene, politične, pravne in estetske.

Procesi, ki določajo trenutno stanje biosfere, temeljijo na kemičnih transformacijah snovi. Kemijski vidiki problematike varstva okolja tvorijo nov del sodobne kemije, imenovan kemijska ekologija. Ta smer se obravnava kemični procesi dogajanje v biosferi, kemično onesnaževanje okolja in njegov vpliv na ekološko ravnovesje, karakterizira glavna kemična onesnaževala in metode za določanje stopnje onesnaženosti, razvija fizikalne in kemijske metode za boj proti onesnaževanju okolja, išče nove okolju prijazne vire energije. itd.

Razumevanje bistva problema varstva okolja seveda zahteva seznanjanje s številnimi predhodnimi koncepti, definicijami, sodbami, katerih podrobna študija naj bi prispevala ne le k globljemu razumevanju bistva problema, ampak tudi k razvoj okoljske vzgoje. Geološke sfere planeta, pa tudi struktura biosfere in kemični procesi, ki se v njej dogajajo, so povzeti v diagramu 1.

Običajno ločimo več geosfer. Litosfera je zunanja trda lupina Zemlje, sestavljena iz dveh plasti: zgornje, ki jo tvorijo sedimentne kamnine, vključno z granitom, in spodnje, bazaltne. Hidrosfera so vsi oceani in morja (Svetovni ocean), ki predstavljajo 71 % zemeljske površine, pa tudi jezera in reke. Povprečna globina oceana je 4 km, v nekaterih depresijah pa do 11 km. Atmosfera je plast nad površino litosfere in hidrosfere, ki sega do 100 km. Spodnja plast ozračja (15 km) se imenuje troposfera. Vključuje vodno paro, ki visi v zraku in se premika, ko je površina planeta neenakomerno segreta. Stratosfera se razprostira nad troposfero, na mejah katere se pojavi severni sij. V stratosferi na nadmorski višini 45 km je ozonski plašč, ki odbija življenje uničujoče kozmično sevanje in delno ultravijolične žarke. Nad stratosfero se razprostira ionosfera - plast redčenega plina, sestavljena iz ioniziranih atomov.

Med vsemi sferami Zemlje zavzema biosfera posebno mesto. Biosfera je geološka lupina Zemlje skupaj z živimi organizmi, ki jo naseljujejo: mikroorganizmi, rastline, živali. Vključuje zgornji del litosfere, celotno hidrosfero, troposfero in spodnji del stratosfere (vključno z ozonskim plaščem). Meje biosfere določata zgornja meja življenja, omejena z intenzivno koncentracijo ultravijoličnih žarkov, in spodnja meja, omejena z visokimi temperaturami zemeljske notranjosti; Skrajne meje biosfere dosežejo le nižji organizmi – bakterije. Zavzema posebno mesto v biosferi ozonski zaščitni sloj. Atmosfera vsebuje samo vol. % ozona, vendar je na Zemlji ustvaril pogoje, ki so omogočili nastanek in nadaljnji razvoj življenja na našem planetu.

V biosferi potekajo neprekinjeni cikli snovi in energije. V ciklu snovi so v osnovi stalno vključeni isti elementi: vodik, ogljik, dušik, kisik, žveplo. Iz nežive narave prehajajo v sestavo rastlin, iz rastlin - v živali in ljudi. Atomi teh elementov se zadržujejo v krogu življenja več sto milijonov let, kar potrjuje analiza izotopov. Teh pet elementov imenujemo biofilni (življenjski) in ne vsi njihovi izotopi, ampak le lahki. Tako je od treh izotopov vodika le . Od treh naravno prisotnih izotopov kisika samo biofilni in samo iz izotopov ogljika.

Vloga ogljika pri nastanku življenja na Zemlji je res ogromna. Obstaja razlog za domnevo, da je med nastajanjem zemeljske skorje del ogljika vstopil v njene globoke plasti v obliki mineralov, kot so karbidi, drugi del pa je atmosfera zadržala v obliki CO. Znižanje temperature na določenih stopnjah nastajanja planeta je spremljalo medsebojno delovanje CO z vodno paro preko kcal reakcije, tako da je do takrat, ko se je na Zemlji pojavila tekoča voda, moral biti atmosferski ogljik v obliki ogljikovega dioksida . V skladu s spodnjim diagramom ogljikovega cikla atmosferski ogljikov dioksid črpajo rastline (1), preko prehranjevalnih povezav (2) pa ogljik vstopi v telo živali:

Dihanje živali in rastlin ter razpadanje njihovih ostankov nenehno vrača ogromne mase ogljika v ozračje in oceanske vode v obliki ogljikovega dioksida (3, 4). Obenem pride do delne odstranitve ogljika iz cikla zaradi delne mineralizacije ostankov rastlin (5) in živali (6).

Dodatna in močnejša odstranitev ogljika iz cikla je anorganski proces preperevanja kamnin (7), pri katerem se kovine, ki jih vsebujejo, pod vplivom atmosfere pretvorijo v soli ogljikovega dioksida, ki jih nato izpere vodo in jo reke odnesejo v ocean, čemur sledi delna sedimentacija. Po grobih ocenah se pri odvajanju kamnin iz ozračja letno veže do 2 milijardi ton ogljika. Tako velikega stroška ni mogoče nadomestiti z različnimi prosto tekočimi naravni procesi(vulkanski izbruhi, viri plinov, vpliv neviht na apnence itd.), kar vodi do povratnega prehoda ogljika iz mineralov v atmosfero (8). Tako sta tako anorganska kot organska stopnja ogljikovega cikla usmerjeni k zmanjšanju vsebnosti v ozračju. V zvezi s tem je treba opozoriti, da zavestna človeška dejavnost pomembno vpliva na celoten cikel ogljika in, ki vpliva v bistvu na vse smeri procesov, ki se odvijajo v naravnem ciklu, na koncu kompenzira uhajanje iz ozračja. Dovolj je reči, da se je samo zaradi zgorevanja premoga letno (sredi našega stoletja) v ozračje vrnilo več kot 1 milijarda ton ogljika. Ob upoštevanju porabe drugih vrst fosilnih goriv (šota, nafta itd.) ter številnih industrijskih procesov, ki vodijo do sproščanja , lahko domnevamo, da je ta številka dejansko še višja.

Tako je človeški vpliv na cikle transformacije ogljika v smeri neposredno nasproten skupnemu rezultatu naravnega cikla:

Energijsko bilanco Zemlje sestavljajo različni viri, najpomembnejša med njimi pa sta sončna in radioaktivna energija. Med razvojem Zemlje je bil radioaktivni razpad intenziven in pred 3 milijardami let je bilo 20-krat več radioaktivne toplote kot zdaj. Trenutno toplota sončnih žarkov, ki padejo na Zemljo, znatno presega notranjo toploto zaradi radioaktivnega razpada, tako da se glavni vir toplote zdaj lahko šteje za energijo sonca. Sonce nam daje kcal toplote na leto. Glede na zgornji diagram Zemlja odbije 40 % sončne energije v vesolje, 60 % pa jo absorbirata atmosfera in tla. Del te energije se porabi za fotosintezo, del gre za oksidacijo organskih snovi, del pa se ohrani v premogu, nafti in šoti. Sončna energija vznemirja podnebne, geološke in biološke procese na Zemlji v velikem obsegu. Pod vplivom biosfere se sončna energija pretvarja v različne oblike energije, kar povzroča ogromne transformacije, selitve in kroženje snovi. Biosfera je kljub svoji veličini odprt sistem, saj nenehno prejema tok sončne energije.

Fotosinteza vključuje kompleksen sklop reakcij različne narave. V tem procesu se vezi v molekulah in prerazporedijo, tako da namesto prejšnjih vezi ogljik-kisik in vodik-kisik, nov tip kemične vezi: ogljik-vodik in ogljik-ogljik:

Kot rezultat teh transformacij se pojavi molekula ogljikovih hidratov, ki je koncentrat energije v celici. V kemijskem smislu je torej bistvo fotosinteze v preureditvi kemičnih vezi. S tega vidika lahko fotosintezo imenujemo proces sinteze organskih spojin z uporabo svetlobne energije. Celotna enačba fotosinteze kaže, da poleg ogljikovih hidratov nastaja tudi kisik:

vendar ta enačba ne daje predstave o njegovem mehanizmu. Fotosinteza je zapleten, večstopenjski proces, v katerem ima z biokemičnega vidika osrednjo vlogo klorofil, zelena organska snov, ki absorbira količino sončne energije. Mehanizem procesov fotosinteze lahko predstavimo z naslednjim diagramom:

Kot je razvidno iz diagrama, v svetlobni fazi fotosinteze presežna energija "vzbujenih" elektronov povzroči proces: fotoliza - s tvorbo molekularnega kisika in atomskega vodika:

in sintezo adenozin trifosforne kisline (ATP) iz adenozin difosforne kisline (ADP) in fosforne kisline (P). V temni fazi pride do sinteze ogljikovih hidratov, za kar je energija ATP in vodikovih atomov, ki nastanejo v svetlobna faza kot posledica transformacije svetlobne energije iz Sonca. Celotna produktivnost fotosinteze je ogromna: vsako leto zemeljska vegetacija zaseže 170 milijard ton ogljika. Poleg tega rastline v sintezo vključijo milijarde ton fosforja, žvepla in drugih elementov, zaradi česar se letno sintetizira približno 400 milijard ton organskih snovi. Kljub vsej svoji veličini je naravna fotosinteza počasen in neučinkovit proces, saj zeleni list za fotosintezo porabi le 1% sončne energije, ki pade nanj.

Kot je navedeno zgoraj, se zaradi absorpcije ogljikovega dioksida in njegove nadaljnje transformacije med fotosintezo tvori molekula ogljikovih hidratov, ki služi kot ogljikov skelet za gradnjo vseh organskih spojin v celici. Za organske snovi, ki nastanejo med fotosintezo, je značilna visoka zaloga notranje energije. Toda energija, akumulirana v končnih produktih fotosinteze, ni na voljo za neposredno uporabo v kemičnih reakcijah, ki potekajo v živih organizmih. Pretvorba te potencialne energije v aktivno obliko poteka v drugem biokemičnem procesu - dihanju. Glavni kemična reakcija Proces dihanja je absorpcija kisika in sproščanje ogljikovega dioksida:

Vendar je proces dihanja zelo zapleten. Vključuje aktivacijo vodikovih atomov organskega substrata, sproščanje in mobilizacijo energije v obliki ATP in ustvarjanje ogljikovih skeletov. Med procesom dihanja ogljikovi hidrati, maščobe in beljakovine v reakcijah biološke oksidacije in postopnega prestrukturiranja organskega skeleta oddajajo svoje vodikove atome v reducirane oblike. Slednji ob oksidaciji v dihalni verigi sproščajo energijo, ki se v aktivni obliki kopiči v sklopljenih reakcijah sinteze ATP. Tako sta fotosinteza in dihanje različna, a zelo tesno povezana vidika splošne izmenjave energije. V celicah zelenih rastlin so procesi fotosinteze in dihanja tesno povezani. Proces dihanja v njih, tako kot v vseh drugih živih celicah, je stalen. Čez dan skupaj z dihanjem poteka v njih fotosinteza: rastlinske celice pretvorijo svetlobno energijo v kemično energijo, sintetizirajo organske snovi in sproščajo kisik kot stranski produkt reakcije. Količina kisika, ki ga sprosti rastlinska celica med fotosintezo, je 20-30-krat večja od njegove absorpcije med sočasnim procesom dihanja. Tako je podnevi, ko v rastlinah potekata oba procesa, zrak obogaten s kisikom, ponoči, ko se fotosinteza ustavi, pa se ohrani le proces dihanja.

Kisik, potreben za dihanje, vstopi v človeško telo skozi pljuča, katerih stene imajo tanke in vlažne velika površina(približno 90) in jih prepredajo krvne žile. V njih kisik tvori s hemoglobinom, ki ga vsebujejo rdeče krvne celice - eritrociti - krhko kemično spojino - oksihemoglobin in se v tej obliki prenaša z rdečo arterijsko krvjo v vsa tkiva telesa. V njih se kisik odcepi od hemoglobina in je vključen v različne presnovne procese, zlasti oksidira organske snovi, ki vstopajo v telo v obliki hrane. V tkivih se ogljikov dioksid pridruži hemoglobinu in tvori krhko spojino - karbhemoglobin. V tej obliki, delno pa tudi v obliki soli ogljikove kisline in v fizikalno raztopljeni obliki vstopi ogljikov dioksid s tokom temne venske krvi v pljuča, kjer se izloči iz telesa. Shematično lahko ta proces izmenjave plinov v človeškem telesu predstavimo z naslednjimi reakcijami:

Značilno je, da zrak, ki ga vdihne oseba, vsebuje 21 % (po prostornini) in 0,03 %, zrak, ki ga izdiha, pa vsebuje 16 % in 4 %; na dan oseba izdihne 0,5. Podobno kot kisik tudi ogljikov monoksid (CO) reagira s hemoglobinom, pri čemer nastane spojina Heme. CO je veliko bolj vzdržljiv. Zato se že pri nizkih koncentracijah CO v zraku pomemben del hemoglobina veže nanj in preneha sodelovati pri prenosu kisika. Ko zrak vsebuje 0,1 % CO (po prostornini), tj. pri razmerju CO in 1:200 veže hemoglobin enake količine obeh plinov. Zaradi tega lahko pri vdihavanju zraka, zastrupljenega z ogljikovim monoksidom, kljub presežku kisika pride do smrti zaradi zadušitve.

Fermentacija kot proces razgradnje sladkih snovi ob prisotnosti posebne vrste mikroorganizmov se v naravi pojavlja tako pogosto, da je alkohol, čeprav v neznatnih količinah, stalna sestavina talne vode, njegovi hlapi pa so vedno v majhnih količinah. v zraku. Najenostavnejšo shemo fermentacije lahko predstavimo z enačbo:

Čeprav je mehanizem fermentacijskih procesov zapleten, lahko še vedno trdimo, da imajo derivati fosforne kisline (ATP) in številni encimi pri njem izjemno pomembno vlogo.

Gnitje je zapleten biokemični proces, pri katerem iztrebki, trupla in rastlinski ostanki vrnejo v tla predhodno odvzeti dušik. Pod vplivom posebnih bakterij se ta vezani dušik končno spremeni v amoniak in amonijeve soli. Poleg tega se med razpadom del vezanega dušika spremeni v prosti dušik in se izgubi.

Kot izhaja iz zgornjega diagrama, se del sončne energije, ki jo absorbira naš planet, "konzervira" v obliki šote, nafte in premoga. Močni premiki zemeljske skorje so pod plastmi kamnin pokopali ogromne rastlinske mase. Ko se odmrli rastlinski organizmi razgradijo brez dostopa do zraka, se sprostijo hlapni produkti razgradnje, ostanek pa se postopoma obogati z ogljikom. To ustrezno vpliva na kemično sestavo in kalorično vrednost produkta razgradnje, ki ga glede na lastnosti imenujemo šota, rjavi in premog (antracit). Tako kot rastlinstvo nam je tudi živalstvo preteklih obdobij zapustilo dragoceno dediščino - nafto. Sodobni oceani in morja vsebujejo ogromne akumulacije preprostih organizmov v zgornjih plasteh vode do globine približno 200 m (plankton) in na dnu ne zelo globokih mest (bentos). Skupna masa planktona in bentosa je ocenjena na ogromno (~ t). Ker sta osnova prehrane za vse kompleksnejše morske organizme, se plankton in bentos trenutno verjetno ne bosta kopičila kot ostanki. Vendar pa so v daljnih geoloških obdobjih, ko so bili pogoji za njihov razvoj ugodnejši in je bilo porabnikov veliko manj kot zdaj, ostanki planktona in bentosa, pa tudi morda bolj organiziranih živali, ki so množično poginile za en razloga ali drugega, lahko postane glavni gradbeni material za nastajanje nafte. Surova nafta je v vodi netopna, črna ali rjava oljnata tekočina. Sestavljen je iz 83-87% ogljika, 10-14% vodika in majhnih količin dušika, kisika in žvepla. Njegova kalorična vrednost je višja kot pri antracitu in je ocenjena na 11.000 kcal/kg.

Biomaso razumemo kot celoto vseh živih organizmov v biosferi, tj. količino organske snovi in v njej vsebovano energijo celotne populacije posameznikov. Biomasa je običajno izražena v masnih enotah glede na suho snov na enoto površine ali prostornine. Kopičenje biomase določa vitalna aktivnost zelenih rastlin. V biogeocenozah imajo kot proizvajalci žive snovi vlogo »proizvajalcev«, rastlinojede in mesojede živali pa kot porabniki žive organske snovi vlogo »porabnikov« in uničevalcev organskih ostankov (mikroorganizmov), ki prinašajo razgradnjo organske snovi na preproste mineralne spojine, so "razkrojevalci". Posebna energetska značilnost biomase je njena sposobnost razmnoževanja. Po definiciji V.I. Vernadskega, »se živa snov (množica organizmov) kot gmota plina širi zemeljsko površje in izvaja določen pritisk v okolju, obide ovire, ki ovirajo njegov napredek, ali jih obvlada, prekrije. To gibanje dosežemo z razmnoževanjem organizmov." Na kopnem se biomasa povečuje v smeri od polov proti ekvatorju. V isti smeri se povečuje tudi število vrst, ki sodelujejo v biogeocenozah (glej spodaj). Talne biocenoze pokrivajo celotno kopensko površino.

Tla so rahla površinska plast zemeljske skorje, spremenjena z atmosfero in organizmi ter se nenehno obnavlja z organskimi ostanki. Debelina tal se skupaj s površinsko biomaso in pod njenim vplivom povečuje od polov proti ekvatorju. Tla so gosto poseljena z živimi organizmi in v njej poteka stalna izmenjava plinov. Ponoči, ko se plini ohladijo in stisnejo, vanj vstopi nekaj zraka. Kisik iz zraka absorbirajo živali in rastline ter je del kemičnih spojin. Nekatere bakterije ujamejo dušik, ki se vnese v zrak. Podnevi, ko se zemlja segreje, se iz nje sproščajo amoniak, vodikov sulfid in ogljikov dioksid. Vsi procesi, ki se dogajajo v tleh, so vključeni v cikel snovi v biosferi.

Hidrosfera Zemlje, ali Svetovni ocean, zavzema več kot 2/3 površine planeta. Fizikalne lastnosti in kemična sestava oceanskih voda so zelo konstantne in ustvarjajo okolje, ugodno za življenje. Vodne živali ga izločajo z dihanjem, alge pa vodo bogatijo s fotosintezo. Fotosinteza alg poteka predvsem v zgornjem sloju vode - na globini do 100 m oceanski plankton predstavlja 1/3 fotosinteze, ki se dogaja na celotnem planetu. V oceanu je biomasa večinoma razpršena. V povprečju je biomasa na Zemlji po sodobnih podatkih približno t, masa zelenih kopenskih rastlin je 97%, živali in mikroorganizmov 3%. V Svetovnem oceanu je 1000-krat manj žive biomase kot na kopnem. Uporaba sončne energije na oceanskem območju je 0,04%, na kopnem - 0,1%. Ocean ni tako bogat z življenjem, kot se je mislilo nedavno.

Človeštvo predstavlja le majhen del biomase biosfere. Vendar pa je obvladovanje različnih oblik energije - mehanske, električne, atomske - začelo močno vplivati na procese, ki se dogajajo v biosferi. Človeška dejavnost je postala tako močna sila, da je ta sila postala primerljiva z naravnimi silami narave. Analiza rezultatov človekove dejavnosti in vpliv te dejavnosti na biosfero kot celoto je vodila akademika V.I. Vernadskega do zaključka, da je trenutno človeštvo ustvarilo novo lupino Zemlje - "inteligentno". Vernadsky jo je imenoval "noosfera". Noosfera je »kolektivni um človeka, skoncentriran tako v svojih potencialnih zmožnostih kot v svojih kinetičnih vplivih na biosfero, vendar so bili ti vplivi skozi stoletja spontani in včasih plenilske narave, posledica tega vpliva pa je bilo ogrožanje okolja. onesnaženje z vsemi posledicami."

Obravnava vprašanj, povezanih s problemom varstva okolja, zahteva razjasnitev pojma " okolju". Ta izraz pomeni naš celoten planet plus tanko lupino življenja - biosfero, plus vesolje, ki nas obdaja in vpliva na nas. Vendar zaradi poenostavitve okolje pogosto pomeni samo biosfero in del našega planeta - zemeljska skorja. Po mnenju V.I. Vernadskega je biosfera »območje obstoja žive snovi«. Živa snov je celota vseh živih organizmov, vključno s človekom.

Ekologija kot veda o odnosih med organizmi, pa tudi med organizmi in njihovim okoljem posebna pozornost se osredotoča na preučevanje tistih kompleksnih sistemov (ekosistemov), ki nastanejo v naravi na podlagi interakcije organizmov med seboj in anorganskega okolja. Zato je ekosistem skupek živih in neživih sestavin narave, ki medsebojno delujejo. Ta koncept velja za enote v različnih obsegih - od mravljišča (mikroekosistem) do oceana (makroekosistem). Sama biosfera je velikanski ekosistem sveta.

Povezave med komponentami ekosistema nastajajo predvsem na podlagi prehranjevalnih povezav in načinov pridobivanja energije. Glede na način pridobivanja in uporabe hranil in energije so vsi organizmi biosfere razdeljeni v dve zelo različni skupini: avtotrofe in heterotrofe. Avtotrofi so sposobni sintetizirati organske snovi iz anorganskih spojin (itd.). Iz teh energetsko revnih spojin celice sintetizirajo glukozo, aminokisline, nato pa kompleksnejše organske spojine – ogljikove hidrate, beljakovine itd. Glavni avtotrofi na Zemlji so celice zelenih rastlin, pa tudi nekateri mikroorganizmi. Heterotrofi ne morejo sintetizirati organskih snovi iz anorganskih spojin. Potrebujejo dostavo že pripravljenih organskih spojin. Heterotrofi so celice živali, človeka, večine mikroorganizmov in nekaterih rastlin (na primer gliv in zelenih rastlin, ki ne vsebujejo klorofila). V procesu prehranjevanja heterotrofi končno razgradijo organsko snov na ogljikov dioksid, vodo in mineralne soli, tj. snovi, primerne za ponovno uporabo s strani avtotrofov.

Tako se v naravi odvija neprekinjen cikel snovi: kemične snovi, potrebne za življenje, avtotrofi črpajo iz okolja in jih vanj ponovno vračajo skozi vrsto heterotrofov. Za izvedbo tega procesa je potreben stalen pretok energije od zunaj. Njegov vir je sevalna energija Sonca. Gibanje snovi, ki ga povzroča delovanje organizmov, poteka ciklično in se lahko vedno znova uporablja, medtem ko je energija v teh procesih predstavljena z enosmernim tokom. Energijo Sonca organizmi šele spreminjajo v druge oblike – kemično, mehansko, toplotno. V skladu z zakoni termodinamike takšne transformacije vedno spremlja disipacija dela energije v obliki toplote. Čeprav je splošna shema kroženja snovi razmeroma preprosta, v resničnih naravnih razmerah ta proces prevzame zelo zapletene oblike. Nobena vrsta heterotrofnih organizmov ni sposobna takoj razgraditi organske snovi rastlin v končne mineralne produkte (itd.). Vsaka vrsta porabi le del energije, ki jo vsebuje organska snov, s čimer privede njeno razgradnjo do določene stopnje. Ostanke, neprimerne za določeno vrsto, a še vedno energijsko bogate, uporabijo drugi organizmi. Tako so se v procesu evolucije v ekosistemu oblikovale verige med seboj povezanih vrst, ki zaporedno črpajo materiale in energijo iz prvotne hranilne snovi. Vse vrste, ki tvorijo prehranjevalno verigo, obstajajo na organski snovi, ki jo ustvarjajo zelene rastline.

Skupaj se le 1% sevalne energije sonca, ki pade na rastline, pretvori v energijo sintetiziranih organskih snovi, ki jo lahko uporabljajo heterotrofni organizmi. Večina energije, ki jo vsebuje rastlinska hrana, se porabi v živalskem telesu različne procese vitalno aktivnost in se spremeni v toploto, razprši. Še več, le 10-20 % te energije iz hrane gre neposredno za gradnjo nove snovi. Velike izgube koristne energije vnaprej določajo, da je prehranjevalna veriga sestavljena iz majhnega števila členov (3-5). Z drugimi besedami, zaradi izgube energije se količina organske snovi, proizvedene na vsaki naslednji stopnji prehranjevalne verige, močno zmanjša. Ta pomemben vzorec se imenuje pravilo ekološke piramide in na diagramu je predstavljena s piramido, v kateri vsaka naslednja raven ustreza ravnini, ki je vzporedna z osnovo piramide. Obstajajo različne kategorije ekoloških piramid: piramida števil - odraža število posameznikov na vsaki ravni prehranjevalne verige, piramida biomase - odraža ustrezno količino organske snovi, piramida energije - odraža količino energije v hrano.

Vsak ekosistem je sestavljen iz dveh komponent. Eden od njih je organski, ki predstavlja kompleks vrst, ki tvorijo samozadostni sistem, v katerem poteka kroženje snovi, ki se imenuje biocenoza, drugi pa je anorganska komponenta, ki daje zavetje biocenozi in se imenuje bioton:

Ekosistem = bioton + biocenoza.

Drugi ekosistemi, pa tudi geološki, podnebni in kozmični vplivi v zvezi z danim ekološkim sistemom delujejo kot zunanje sile. Trajnost ekosistema je vedno povezana z njegovim razvojem. Po sodobnih pogledih ima ekosistem težnjo po razvoju v smeri svojega stabilnega stanja – zrelega ekosistema. Ta sprememba se imenuje nasledstvo. Za zgodnje faze sukcesije sta značilni nizka pestrost vrst in nizka biomasa. Ekosistem v začetni fazi razvoja je zelo občutljiv na motnje in močan vpliv na glavni tok energije ga lahko uniči. V zrelih ekosistemih se flora in favna povečata. V tem primeru poškodba ene komponente ne more močno vplivati na celoten ekosistem. Zato ima zrel ekosistem visoka stopnja trajnost.

Kot je navedeno zgoraj, geološki, podnebni, hidrogeološki in kozmični vplivi v zvezi z danim ekološkim sistemom delujejo kot zunanje sile. Med zunanjimi silami, ki vplivajo na ekosisteme, zavzema vpliv človeka posebno mesto. Biološki zakoni strukture, delovanja in razvoja naravnih ekosistemov so povezani le s tistimi organizmi, ki so njihove nujne sestavine. V tem pogledu človek tako družbeno (osebnost) kot biološko (organizem) ni del naravnih ekosistemov. To izhaja vsaj iz dejstva, da vsak naravni ekosistem v svojem nastanku in razvoju zmore brez človeka. Človek ni nujen element tega sistema. Poleg tega nastanek in obstoj organizmov določajo le splošne zakonitosti ekosistema, medtem ko človeka generira družba in obstaja v družbi. Človek kot posameznik in kot biološko bitje je sestavni del posebnega sistema – človeška družba, ki se je zgodovinsko spreminjal ekonomski zakoni distribucija hrane in drugi pogoji njenega obstoja. Hkrati človek prejme elemente, potrebne za življenje, kot sta zrak in voda, od zunaj, saj je človeška družba odprt sistem, v katerega energija in snov prihajata od zunaj. Človek je torej "zunanji element" in ne more vstopiti v trajne biološke povezave z elementi naravnih ekosistemov. Po drugi strani pa ima človek kot zunanja sila velik vpliv na ekosisteme. V zvezi s tem je treba opozoriti na možnost obstoja dveh vrst ekosistemov: naravnega (naravnega) in umetnega. Razvoj (nasledstvo) naravni ekosistemi se pokorava zakonom evolucije ali zakonom kozmičnih vplivov (konstantnost ali katastrofe). Umetni ekosistemi- to so zbirke živih organizmov in rastlin, ki živijo v razmerah, ki jih je človek ustvaril s svojim delom in mišljenjem. Moč človekovega vpliva na naravo se kaže prav v umetnih ekosistemih, ki danes pokrivajo večji del zemeljske biosfere.

Človeški ekološki poseg je očitno vedno prihajal. Vso dosedanjo človekovo dejavnost lahko razumemo kot proces podrejanja številnih ali celo vseh ekoloških sistemov, vseh biocenoz človekovim potrebam. Človeški poseg ni mogel vplivati na ekološko ravnovesje. več pračlovek S sežiganjem gozdov je porušil ekološko ravnovesje, vendar je to počel počasi in v razmeroma majhnem obsegu. Takšna intervencija je bila bolj lokalne narave in ni povzročila globalnih posledic. Z drugimi besedami, takratna človeška dejavnost je potekala v razmerah, ki so bile blizu ravnotežju. Sedaj pa je človekov vpliv na naravo zaradi razvoja znanosti, tehnologije in tehnologije dobil takšne razsežnosti, da je rušitev ekološkega ravnovesja postala grozeča v svetovnem merilu. Če proces človekovega vpliva na ekosisteme ne bi bil spontan in včasih celo plenilski, potem je vprašanje, ekološka kriza ne bi bilo tako ostro. Medtem pa je človekova dejavnost danes postala tako sorazmerna z močnimi silami narave, da narava sama ni več kos obremenitvam, ki jih doživlja.

Tako je glavno bistvo problema varstva okolja v tem, da človeštvo zahvaljujoč svojim delovna dejavnost spremenila v tako močno naravotvorno silo, da se je njen vpliv začel kazati veliko hitreje kot vpliv naravnega razvoja biosfere.

Čeprav je izraz »varstvo okolja« danes zelo razširjen, še vedno ne odraža natančno bistva zadeve. Fiziolog I.M. Sechenov je nekoč poudaril, da živi organizem ne more obstajati brez interakcije z okoljem. S tega vidika se zdi izraz "ravnanje z okoljem" strožji. Na splošno problem racionalno uporabo Raziskovanje okolja je iskanje mehanizmov, ki zagotavljajo normalno delovanje biosfere.

TESTNA VPRAŠANJA

1. Opredelite pojem »okolje«.

2. Kaj je bistvo problema varstva okolja?

3. Seznam različne vidike okoljske težave.

4. Opredeli pojem »kemijska ekologija«.

5. Naštejte glavne geosfere našega planeta.

6. Navedite dejavnike, ki določajo zgornjo in spodnjo mejo biosfere.

7. Naštejte biofilne elemente.

8. Komentirajte vpliv človekovih dejavnosti na naravni cikel pretvorb ogljika.

9. Kaj lahko poveste o mehanizmu fotosinteze?

10. Podajte diagram procesa dihanja.

11. Podajte shemo fermentacijskih procesov.

12. Opredelite pojme "proizvajalec", "potrošnik", "razkrojevalnik".

13. Kakšna je razlika med "avtotrofi" in "heterotrofi"?

14. Opredelite pojem "noosfera".

15. Kaj je bistvo pravila “ekološke piramide”?

16. Opredelite pojma "bioton" in "biocenoza".

17. Opredelite pojem »ekosistem«.

Kemijsko industrijo odlikujejo raznolikost proizvedenih izdelkov, uporabljenih tehnologij in vrst surovin. To je vnaprej določilo nastanek širokega spektra umetnih emisij, od katerih so mnoge zelo strupene.
Kemijska industrija je zaradi raznolikosti svojih procesov ena najtežjih za razvoj splošne strategije za zmanjšanje emisij. Nekatere emisije se proizvajajo v velikih količinah in določajo okoljska situacija v regiji.
Reševanje okoljskih problemov v industriji je zapleteno zaradi delovanja velikega števila moralno in fizično zastarele opreme.
Medtem je za kemično industrijo značilna visoka stopnja čiščenja škodljivih snovi. Več kot 90 % emisij, ki jih povzroči človek, nastalih v industriji, gre skozi stopnje čiščenja. Velik del procesov je organiziran z uporabo zaprtih ciklov in tehnologij z nizkimi odpadki.
Od skupne količine umetnih izpustov predstavljajo trdni odpadki 13,4 %. Tekoči in plinasti izpusti predstavljajo 86,6 %.
Strukturo plinastih emisij določajo naslednje številke, % skupne prostornine odpadnih plinov: ogljikov dioksid - 32,6; hlapne organske spojine - 24,4; žveplov dioksid - 19,3; dušikovi oksidi - 8,8; ogljikovodiki - 4,8.
Treba je opozoriti, da je obseg emisij žveplovega dioksida, dušikovih oksidov in ogljikovih oksidov v veliki meri posledica delovanja termoelektrarn in kotlovnic, ki se nahajajo na ozemlju kemičnih podjetij.
Od skupne količine odpadkov, ki nastanejo v kemični in petrokemični industriji, se jih približno 30 % uporabi kot sekundarne surovine ali uporabi v drugih panogah, 20 % se jih uniči ali sežge, ostalo se skladišči na odlagališčih ali industrijskih odlagališčih.
Kot že omenjeno, posebnost kemična industrija je nastajanje zelo strupenih emisij. Od skupne količine trdnih odpadkov, ki letno nastanejo v podjetjih kemične industrije, približno (0,9-1,0)% spada v 1. razred nevarnosti, (1,8-2,0)% - v 2., (22,3-22,5)% - v razred nevarnosti. 3., ostalo (74 - 75)% - v 4. razred nevarnosti.
1. razred nevarnosti vključuje blato iz tovarne kromovih spojin Novotroitsk (Novotroitsk) in JSC Khrompik (Pervouralsk). Vsako leto ta podjetja proizvedejo 90-95 tisoč ton blata. 2,22 milijona ton teh odpadkov se je nabralo v tovarniških zalogovnikih blata.
Razred nevarnosti 1 vključuje odpadke vanadijevega (U) oksida. Preseganje mejnih vrednosti emisij snovi, ki vsebujejo vanadij, so opazili v JSC KAMGEX (Perm).
Odpadki, ki vsebujejo živo srebro in nastajajo v podjetjih kemične industrije, so prav tako razvrščeni v razred nevarnosti 1 in predstavljajo polovico celotne količine odpadkov, nastalih v podjetjih v državi kot celoti. Pri proizvodnji klora (JSC "Kaustik", Volgograd; JSC "Sayankhimprom", Sayansk; JSC "Caprolaktam", Dzerzhinsk) nastane približno 300 ton odpadkov, ki vsebujejo živo srebro, večina jih je shranjenih v podjetjih ali lokalnih odlagališčih.
Pomemben del odpadkov 2. razreda predstavljajo tisoč ton: odpadne raztopine klorovodikove kisline - 140, žveplove kisline - 19,5 in destilarne - 17,5. Do 30 % porabljene žveplove kisline se ne porabi. Približno 40 % ostankov proizvodnje klora je izpostavljenih termičnemu uničenju. Iskanje načinov uporabe klorovodikove kisline brez plina v industriji je pereč tehnični problem.
Veliki odpadki 3. razreda so destilirana tekočina iz podjetij za proizvodnjo sode, oljna gošča in odpadki, ki vsebujejo cink. Letna količina odpadkov industrije sode je približno 135 tisoč ton. V Rusiji je devet tovarn za proizvodnjo sode. Ta podjetja so nakopičila približno 25 milijonov ton odpadkov.
Glavna količina blata, ki vsebuje cink, nastane med nevtralizacijo odpadne vode iz proizvodnje viskoznih vlaken in v podjetjih mikrobiološke industrije (2,1 tisoč ton na leto). Zaradi nizke koncentracije cinka se odpadna voda ne predeluje in se kopiči v skladiščih.
V 4. razred nevarnosti spadajo odlagališča odpadkov - lignina, fosfogipsa in halita. Lignin nastaja v podjetjih mikrobiološke industrije. Na odlagališčih se je nabralo 2,1 milijona ton lignina. Problem njegovega odlaganja še ni rešen.
Fosfogips se pridobiva kot sekundarni proizvod v tovarnah za proizvodnjo mineralnih gnojil. Do danes se je nabralo več kot 90 milijonov ton predlaganih tehnologij za predelavo fosfogipsa.
Odlagališča halita nastajajo v obratih za proizvodnjo kalijevih gnojil. V industrijskih skladiščih se je nabralo več kot 105 milijonov ton.
Skladiščenje odpadkov razreda nevarnosti 4 je povezano z odtujitvijo velikih površin zemlje in vodi do zakisljevanja tal.
Večina podjetij kemične industrije ima sisteme za recikliranje vode. Zaradi tega se prihrani približno 90% sveže vode.
Izpust onesnažene odpadne vode znaša 1,5 - 1,7 km3 letno. Kljub prisotnosti čistilnih naprav v podjetjih je podzemna voda še naprej onesnažena s številnimi rezervoarji. Na območju stavropolskega NPO "Luminofor" je največja dovoljena koncentracija kadmija, niklja in cinka v podzemni vodi več stokrat presežena. Podzemna obzorja v Baškortostanu (Sterlitamak, PA Soda) so nenehno onesnažena, v Irkutska regija(PA Angarsknefteorgsintez, Sayanskoye PA Khimprom in JSC Usolskkhimprom) in na območju drugih velikih kemičnih kompleksov.
V podjetjih kemične industrije je čiščenje izpustov plinov dokaj dobro organizirano, skupna količina izpustov plinov je 1/33 vseh izpustov iz stacionarnih industrijskih virov.
Delež industrije predstavlja manj kot 5% celotne količine sveže vode, ki jo uporablja ruska industrija. Njegov prispevek k izpustu onesnažene odpadne vode je pomembnejši - "/5 splošnega industrijskega izpusta.
Trenutno so začrtane glavne smeri za reševanje resnih okoljskih problemov kemične industrije: razvoj novih tehnologij, ki odpravljajo ali bistveno zmanjšujejo nastajanje strupenih emisij; ustvarjanje zaprte energetske tehnologije in ciklov kroženja vode; uporaba proizvodnih stranskih produktov in odpadkov kot sekundarne surovine; izboljšanje sistemov obdelave industrijskih odpadkov.

Da bi poenostavili in naredili vse tehnološke procese v kemiji varni, se pripravljajo novi predpisi. Leta 2003 je bil sprejet zakon o tehničnih predpisih, ki je predvideval zamenjavo obstoječih GOST s svetovnimi standardi. Vsaka panožna ureditev bo pridobila veljavo zakona ali potrjena z vladno uredbo.
Leta 2006 je Ministrstvo za industrijo in energetiko Ruske federacije vladi predložilo osnutek tehnične uredbe "O varnosti kemične proizvodnje". Po podatkih Rosstata se število smrtnih bolezni zaradi izpostavljenosti nevarnim kemikalijam v Rusiji vsako leto poveča za 5 %. Predpisi določajo pravila za skladiščenje, prevoz, prodajo, uporabo in odstranjevanje kemičnih proizvodov, ki so razvrščeni glede na vrsto vpliva na človeka in stopnjo vpliva na okolje – vsaki nevarni snovi bo dodeljen mednarodni razred nevarnosti. . Predpisi temeljijo na zahtevah ZN in EU za razvrščanje kemičnih izdelkov in prevoz nevarnega blaga.

Kemična industrija je ena najhitreje razvijajočih se panog. Spada med panoge, ki so osnova sodobnega znanstvenega in tehnološkega napredka. V strukturi kemične industrije je z vsem pomenom bazične kemije prešlo vodilno mesto v industrijo plastike, kemičnih vlaken, barvil, farmacevtskih izdelkov, detergentov in kozmetike.

Reagenti in materiali, ki jih proizvaja kemična industrija, se pogosto uporabljajo v tehnoloških procesih v najrazličnejših panogah. V moderni dobi je kemična industrija postala nekakšen indikator, ki določa stopnjo modernizacije gospodarskega mehanizma katere koli države.

V ruski kemični industriji je priporočljivo razlikovati 5 skupin proizvodnje:

1. Rudarstvo in kemična industrija, vključno s pridobivanjem primarnih kemičnih surovin.
2. Osnovna kemija, specializirana za proizvodnjo mineralnih gnojil, kislin, sode in drugih snovi, ki so tako rekoč "hrana" za druge sektorje gospodarstva.
3. Proizvodnja polimernih snovi.
4. Predelava polimernih materialov.
5. Heterogena skupina drugih, rahlo medsebojno povezanih vej te industrije: fotokemična, gospodinjska kemikalija itd.
6. Gospodinjske kemikalije so podsektor kemične industrije, ki je trenutno zelo razvit. Vsak tako ali drugače skoraj nenehno bodisi uporablja »plodove« kemične industrije bodisi se sooča z aktivnostmi, ki zahtevajo poznavanje varnega ravnanja s snovmi. Dobra gospodinja ne bo nikoli postavila steklenice ocetne kisline poleg drugih podobnih posod za hrano. Poučena oseba vedno prebere navodila pred delom z gospodinjskimi tekočinami, kot so klorovo belilo ali čistila za steklo, in ve, da je treba po prekrivanju tal z novim linolejem ali preprogo prostor vedno prezračiti. Vse to so tehnike varnega ravnanja s snovmi. Sposobnost priprave raztopin, poznavanje metod čiščenja snovi, lastnosti najpogostejših spojin, njihov vpliv na zdravje ljudi - vsega tega se mlajša generacija uči pri pouku kemije v šoli. Glavni problemi v razvoju industrije so povezani z okoljem. Treba je opozoriti, da trenutno razvoj industrije, vključno s kemično industrijo, bistveno poslabša okoljske probleme. Znanstveni in tehnološki napredek razvija produktivne sile, izboljšuje človekove življenjske pogoje in dviguje njegovo raven. Obenem vse večji poseg človeka včasih vnaša spremembe v okolje, ki lahko povzročijo nepopravljive posledice v ekološkem in biološkem smislu. Posledica človekovega aktivnega vpliva na naravo je njeno onesnaževanje, zamašitev in izčrpavanje. Zaradi človekove gospodarske dejavnosti se spremenita sestava plinov in vsebnost prahu v nižjih slojih ozračja. Tako ob sproščanju odpadkov iz industrijske kemične proizvodnje pride v ozračje velika količina suspendiranih delcev in različnih plinov. Visoko biološko aktivne kemične spojine lahko povzročijo dolgoročne učinke na človeka: kronične vnetne bolezni različnih organov, spremembe v živčnem sistemu, vplive na intrauterini razvoj ploda, kar vodi do različnih nepravilnosti pri novorojenčkih. Na primer, po podatkih Volgogradskega hidrometeorološkega centra se je v zadnjih 5 letih stopnja onesnaženosti s prahom, dušikovimi oksidi, sajami, amoniakom in formaldehidom povečala za 2-5 krat. To se zgodi predvsem zaradi nepopolnih tehnoloških procesov. Visoko onesnaženje z vodikovim kloridom in organoklornimi snovmi v južni industrijski coni Volgograda je razloženo s pogostim pomanjkanjem surovin v kemičnih podjetjih, kar vodi do delovanja opreme pri zmanjšanih obremenitvah, pri katerih je zelo težko vzdrževati tehnološke standarde.

Vse navedeno je razloženo s številnimi dejavniki, od nizke kakovosti surovin do nezadovoljivega stanja procesne opreme in naprav za zbiranje prahu in plinov v podjetjih kot celoti.

Industrijska podjetja, na primer Khimprom, Kaustik, tovarna dušika in kisika Volzhsky, tovarna za organsko sintezo in številni rezervoarji drugih podjetij povzročajo ogromno škodo na poplavnem območju. Posebno škodo povzročajo tla z nizko vsebnostjo humusa in organske snovi, pa tudi karbonatni černozemi. V njih lahko kot lepila prevladujejo tanke frakcije karbonatov, ki so nestabilne na učinke kislih padavin. In odstranitev lipidne frakcije pod vplivom organskih topil, ki jih podjetja oddajajo v ozračje, lahko skupaj z drugimi dejavniki povzroči izgubo agronomsko dragocene strukture namakanih zemljišč in njihov umik iz kmetijske rabe. Skozi zemljo lahko kemikalije pridejo v hrano, vodo in zrak.

Industrijski odpadki pridejo v vodna telesa in hitro uničijo ekološke povezave, ki so se v naravi razvijale v tisočletjih. Ob kroničnih vplivih prihaja do degradacije vodnih ekosistemov, ki se nahajajo na območju skladišč tekočih odpadkov. Kemikalije, ki jih vsebuje odpadna voda, lahko migrirajo v podtalnico in nato vstopijo v odprta vodna telesa. Tako je več kot 50 % odkritih komponent (v odpadni vodi) prišlo iz rezervoarjev za odpadne vode v podtalnico in 38 % v Svetovni ocean. Tekočine iz kemijske industrije negativno vplivajo tudi na procese naravnega samočiščenja vode v morjih in oceanih. Tako kršitev predpisov o čiščenju odpadne vode in odlaganje odpadne vode v rezervoarje in uparjalnike spremlja intenzivno onesnaževanje okoljskih predmetov, zlasti morij in oceanov planeta.

Okoljske probleme je mogoče rešiti le s stabilizacijo gospodarskih razmer in ustvarjanjem ekonomskega mehanizma za ravnanje z okoljem, v katerem bo plačilo za onesnaževanje okolja ustrezalo stroškom njegovega popolnega čiščenja.

Na splošno je mogoče identificirati naslednje smeri za reševanje okoljskih problemov, ki jih povzroča kemična industrija:

· skladnost s predpisi, državnimi standardi in drugimi regulativnimi dokumenti s področja varstva okolja;
· delovanje čistilnih naprav, nadzorna oprema;
· izvajanje načrtov in ukrepov varstva okolja;
· skladnost z zahtevami, normami in pravili pri namestitvi, gradnji, zagonu, obratovanju in razgradnji objektov kemične industrije;
· izpolnjevanje zahtev, navedenih v zaključku državne okoljske presoje.