Основи екології

6.2 КЛАСИФІКАЦІЯ ЗАБРУДНЕНЬ АТМОСФЕРИ

За агрегатним станом забруднювальні речовини поділяють на газу-ваті, рідкі, тверді та змішані. Промислові викиди в атмосферу також поділяють:

- за організацією відведення й контролю -- на організовані і неорганізовані;

- за температурою викидних газів -- нагріті, температура яких вища від температури атмосферного повітря, та холодні;

- за геометричною формою: точкові (труби, шахти, дахові вентилятори), лінійні (аераційні ліхтарі, відкриті вікна, близько розташовані витяжні шахти й факели);

- за режимом роботи: безперервні і періодичної дії, залпові та миттєві Залпові викиди можливі під час аварій, спалювання швидкогорючих відходів виробництва на спеціальних площадках знищення. Миттєві викиди забруднення викидаються впродовж часток секунди інколи на значну висоту. Вони трапляються під час підривних робіт і аварій;

- за місцем розташування: внутрішньоплощеві, коли викинуті в атмосферне повітря забруднення залишаються у високій концентрації на території промислової зони, тоді як у житлових районах забруднень не спостерігається; позаплощеві, коли вони можуть спричинювати значні забруднення повітря на території житлового району.

6.3 ЕКОЛОГІЧНИЙ ВПЛИВ ЗАБРУДНЕНЬ АТМОСФЕРИ

Атмосферне повітря є одним з основних природних ресурсів, без якого людина може прожити лише кілька хвилин, тоді як без їжі -- до 70 діб. В організмі людини немає органів, які б забезпечували запас кисню хоч на невеликий проміжок часу, тому її організм змушений постійно і безперервно споживати свіже повітря для підтримання процесів життєдіяльності. Зміна хімічних і фізичних властивостей повітря може порушувати гомеостаз її організму, спричинюючи небажані негативні відхилення в здоров'ї.

Гігієнічне значення атмосфери полягає в забезпеченні процесів життєдіяльності киснем. У людини немає захисних механізмів, які б компенсували нестачу повітря, тому вона повинна постійно споживати в спокійному стані 8--10 л за одну хвилину, 500 л за годину і 12 000 л (15 кг) за добу свіжого повітря. При фізичних навантаженнях споживання повітря збільшується в десятки разів. Якщо в стані спокою людина за годину споживає 500 л кисню, то під час ходьби зі швидкістю 8 км/год -- 5200 л (5 кг). Організм людини адаптувався до чистого повітря, тому він завжди потребує його в чистому вигляді зі сталими властивостями: хімічним складом, температурою, тиском, електричним станом, швидкістю руху та іонізацією.

Ступінь дисперсності твердих часточок, що містяться в повітрі, впливає як на їх властивості (леткість, розчинність, електричні та оптичні властивості тощо), так і на глибину їх проникнення в органи дихання та затримку в легенях. Якщо розмір часточок становить більш як 10 мкм, вони осідають з наростаючою швидкістю зі збільшенням їх розмірів. Якщо їх розміри знаходяться в межах 0,1--10 мкм, то вони осідають зі сталою швидкістю. Часточки пилу розміром менш як 0,1 мкм зовсім не осідають і перебувають у постійному броунівському русі.

При надходженні до легенів часточки пилу затримуються на поверхні легеневої тканини, що спричинює їх накопичення, створюючи високу концентрацію токсичних речовин. Маючи велику активну поверхню, самі часточки не тільки мають негативний вплив, а й адсорбують на своїй поверхні велику кількість різних речовин (газів, золів тощо), що також спричинює накопичення токсинів та їх негативну дію на організм. Особливо це небезпечно в разі накопичення радіоактивних і канцерогенних речовин та важких металів. Налічується до 400 канцерогенних речовин, серед яких найбільш активними і дуже небезпечними є бензпірен, дибензантрацен, діоксини та ін.

Радіоміметичні речовини так само, як і іонізуюче випромінювання, пригнічують поділ клітин, зумовлюють злоякісні переродження і мутації. До них належать сполуки, що містять хлоретилову групу --С^СНІСІ (іприт), метилтіооксигрупу --О--8ОзСН2, епоксидну -- СН--СН2 та Н2О - К етиленімідну групи. Характерною особливістю цих речовин є здатність зв'язуватися з білками. В організм вони потрапляють у вигляді золів (туманів) або сорбуючись на аеродисперсіях.

Аеродисперсії змінюють клімат, особливо освітленість. Вплив аеродисперсій визначається їх кількістю, дисперсністю, хімічним складом та іншими фізико-хімічними властивостями. Чим менші розміри часточок, тим слабкіше вони затримуються. В альвеолах легенів найкраще затримуються часточки розміром близько 1 мкм. Гігроскопічні часточки здатні коагулювати і збільшувати свої розміри. Поглиблене дихання, наприклад, під час значних фізичних навантажень, збільшує ступінь затримання пилу в легенях. Часточки неправильної форми осідають повільніше. Легше сорбуються в легенях часточки сферичної форми. Часточки з гострими гранями можуть спричинювати мікротравми дихального епітелію, порушувати його бар'єрну функцію, сприяти проникненню мікроорганізмів та розвитку пневмоконіозів.

Більшість твердих часточок несуть на собі негативний або позитивний заряд, що посилює їх здатність затримуватися в легенях. Від хімічних властивостей пилу залежить їх біологічна активність, зокрема алергенні властивості, фіброгенність, подразнювальна дія тощо. До особливо агресивних фіброгенних речовин належить оксид силіцію (IV), здатний спричинювати фіброз легенів. На поверхні дихальних шляхів оксид силіцію (IV) утворює силікатну кислоту, яка спричинює силікоз. Шкідливим є пил з кислотними або лужними властивостями, оскільки він зумовлює зміну рН і порушує роботу епітелію. Пил з алергенними властивостями (пил борошна, соломи, льону, бавовни, шовку, шерсті, фруктів, хрому) призводить до появи бронхіальної астми.

Якщо часточки пилу сорбували гази, то вони погано змочуються і слабко коагулюють. Пил може сорбувати також отруйні гази і за певних умов їх десорбувати, спричинюючи отруєння. У разі сорбції пилом кисню він стає легкозаймистим і може викликати вибух. Вибухонебезпечність пилу залежить від його концентрації, дисперсності, вологості, наявності летких сполук тощо. Найнебезпечнішим є органічний пил.

Пил може спричинювати захворювання на туберкульоз, сибірку (легенева форма) у робітників, що займаються заготівлею шерсті. Зерновий пил містить спори різних грибів, у тому числі збудників актиномікозу. Якщо атмосфера забруднена пилом, легені незадовільно вентилюються і стають сприйнятливими до різних легеневих захворювань. Пил може призводити до атрофії та ерозії слизової оболонки носа й носоглотки, катару бронхів, трахеї, загострення туберкульозу легенів, нападів бронхіальної астми. Пил може сорбувати й нести на собі канцерогенні, мутагенні, токсичні та радіоміметичні речовини.

Забруднення атмосферного повітря призводить до погіршення санітарно-гігієнічних показників: збільшується частота туманів, зменшується видимість і прозорість для ультрафіолетового випромінювання, погіршуються санітарно-побутові умови життя населення, спостерігається негативний вплив на розвиток рослин та організм людини. Тумани збільшують охолоджуваність тіла, гнітюче впливають на настрій та самопочуття людей. Збільшення кількості пилу в атмосфері зменшує її прозорість і видимість. Пил і сажа проникають у помешкання, забруднюючи їх. Це призводить до того, що мешканці менше провітрюють свої помешкання, а отже, менше споживають свіжого повітря. Забруднення споруд і будинків попелом, сажею та смолами призводить до того, що сірчисті сполуки руйнують будівельні матеріали і зумовлюють корозію металів.

Забруднення атмосфери вражають фруктові дерева, ліси, сільськогосподарські культури та трав'яний покрив. Для рослин особливо небезпечними є сірчистий газ, хлор, фтор, пил і смолисті речовини. Отруйні гази токсично діють на протоплазму рослинних клітин, сірчистий газ пригнічує процеси фотосинтезу. Пил і сажа закупорюють продихи клітин рослин, ускладнюють доступ сонячних променів до хлоропластів. У лісах, які задимлюються промисловими підприємствами, зникають бджоли, птахи та звірі.

6.4 ТРАНСФОРМАЦІЯ ЗАБРУДНЕНЬ В АТМОСФЕРІ

Атмосферне повітря завдяки нерівномірному нагріванню сонячним промінням у різних широтах, особливо між полярними й екваторіальними зонами, інтенсивно циркулює. Циркуляція повітря усереднює склад компонентів у ньому та сприяє переміщенню водяної пари з океанів у континентальні райони і забруднень на великі відстані. Крім переміщення забруднень відбуваються їх різноманітні хімічні перетворення. В атмосфері під дією іонізуючих випромінювань відбуваються фотохімічні процеси з утворенням оксидів нітрогену, озону та ін. Озон утворюється у повітрі під впливом УФ-випромінювання з довжиною хвилі 253 нм, а оксид нітрогену -- до 100 нм. Поверхні Землі досягають лише промені з довжиною хвилі близько 290 нм. При цьому можливе перетворення оксиду нітрогену (II) на оксид нітрогену (IV), утворення та накопичення озону в атмосфері тощо. Під час взаємодії вуглеводнів з озоном або атомарним оксигеном утворюються вільні пероксидні високоактивні речовини, здатні вступати в реакцію з оксидами нітрогену та іншими сполуками і утворювати складні комплексні сполуки з окиснювальними властивостями -- оксиданти. Під дією сонячної радіації утворюються електронно-збуджені молекули: відбувається дезактивація за рахунок флуоресценції та дезактивація після зіткнення з іншими молекулами, а також дисоціація-- енергія фотона, випромінюваного Сонцем; v -- частота, пов'язана з певним фотоном; Н = 6,62 * 10~34 Дж * с -- стала Планка).

Хімічні перетворення в тропосфері й стратосфері ініціюються продуктами фотолізу молекул Оз, О2, Н2О, N20 і N02. В атмосфері на висоті 80 км і вище утворюється атомарний оксиген: О2 + v > 2О, який утворює озон: О + О2 + А2 > Оз + 2М, де М -- речовина, що приймає надлишок енергії. Озон зазнає фотохімічної дисоціації: Оз + йу > О2 + О.

Оксиди нітрогену антропогенного походження здебільшого потрапляють в атмосферу у вигляді N0. Далі відбуваються такі перетворення:

2НО + О2 -» 2МО2; Ж)2 + йу -> N0 + О; О3 + N0 -> КО2 + О2.

Можливі й інші численні реакції за участю речовин, що містять кисень і азот:

О + N0;? -> N0 + О2; N03 + N0 -» 2КО2;

О + N0:) + М -> N03 + М; 2Ж>2 + О3 -» N2О5 + О2; О + N0 + М -> NО2 + М; КО3 + НО2 + М -» N205 + М. Далі утворюється нітратна кислота:

4№)2 + 2Н2О + О2 -^ 4НЖ)3.

Оксид нітрогену (IV) може гідролізуватися в газовій фазі:

ЗЖ)2 + Н2О ^ 2НNОз + N0.

Нітратна кислота реагує з йонами металів, утворюючи нітрати. Атомарний оксиген та озон можуть взаємодіяти з органічними сполуками з утворенням органічних і неорганічних вільних радикалів. Для олефінових вуглеводнів можливий перебіг реакції

О3 + ДСН = СНД -> ЯСНО + ДО* + НСО*,

де ДО* і НСО* -- вільні радикали. Утворений альдегід ДСНО може зазнавати фотодисоціації за реакцією

ДСНО + йу -> Д* + НСО*

Крім альдегідів фотохімічне активні також кетони, пероксиди й ацилнітрати. Поглинаючи сонячну енергію, вони також утворюють пероксид-ні радикали:

Я* + О2 -> /ЮО*.

Ці радикали здатні окиснювати N0 до N02 за реакцією

/ЮО* + N0 -> Ж)2 + ДО*.

Може утворюватися також озон за реакцією пероксидних радикалів з киснем:

ДОО* + 02 -> ДО* + 03.

Можливий перебіг й інших реакцій:

ДСО2* + N0 -> ЯСО* + КО2; ДСО3* + ІЧО2 -> ЯСО3МО2;

ДСО* + 02 -> ДС03*; ДО* + N0 -> ДОЖ);

ДСО2 + О2 -» ДО2* + СО2; ДО* + ДН -> ДОН + Д*;

ДСО3* + N0 -> МО2 + ДСО2*; ДН + О -> Д* + ОН.

Наявність вільних радикалів в атмосферному повітрі призводить до утворення смогу. Основними продуктами фотохімічних реакцій є альдегіди, кетони, оксиди карбону, органічні нітрати та оксиданти. Останні включають озон, оксид нітрогену (IV), сполуки типу пероксіацетилнітратів (ПАН) тощо. ПАН подразнює слизові оболонки дихальних шляхів і пошкоджує рослинність. Подразнювальною речовиною, що міститься в смозі, є також пероксибензоїлнітрат (ПБН).

За наявності Ж)2 і 8Оз відбувається фотодисоціація N0? з утворенням атомарного оксигену й озону, а далі оксид сульфуру (IV) взаємодіє з атомарним оксигеном за реакцією

5О2 + О + М -> 8Оз + М.

Сірчаний ангідрид, сполучаючись з парою води, утворює пароподібну сульфатну кислоту, при взаємодії з йонами металів -- сульфати. У забрудненій атмосфері за одночасної наявності 8О3, N0, ТчЮ2 та вуглеводнів, під час опромінення олефінів і ароматичних сполук утворюються значні кількості аерозолів. Кількість аерозолів зменшується з підвищенням відносної вологості повітря.

Атмосферні забруднення спричинюють гострі та хронічні отруєння, чинять метатоксичну й промоторну дію. Широко відомі випадки масових отруєнь людей унаслідок короткочасного підвищення рівня забруднення атмосферного повітря. У 1930 р. в Бельгії в долині річки Маас унаслідок виникнення токсичного туману захворіли тисячі людей, померло 60 чоловік. У 1948 р. в США в місті Донора захворіло 50 % населення (6 тис. чол.), 20 чоловік померли. У 1952 р. внаслідок утворення токсичного туману в Лондоні померло 4 тис. чоловік.

У разі утворення смогу різко збільшується забруднення повітря сажею й сірчистими сполуками, вуглеводнями, озоном та оксидами нітрогену. Утворенню смогу сприяє температурна інверсія, що настає в ясні сонячні дні при охолодженні землі за рахунок випромінювання. При цьому в безвітряну погоду всі забруднення поширюються в приповерхневому шарі. Під час смогу особливо потерпають і частіше гинуть люди з хронічними респіраторними та серцево-судинними захворюваннями.

Інтенсивне забруднення атмосфери внаслідок антропогенної діяльності призвело до глобальних екологічних криз, пов'язаних з потеплінням планети, появою кислотних дощів та руйнуванням озонового шару.

6.5 ПАРНИКОВИЙ ЕФЕКТ

Упродовж усього історичного періоду планети її клімат неодноразово змінювався. Однак ці зміни, як свідчать дослідження, відбувалися поступово. Останнім часом у результаті швидкого зростання населення планети та його потреб відбувається інтенсивний розвиток промисловості й енергетики. Усе це призвело до утворення викиду в атмосферу величезної кількості забруднень та невикористаної теплоти.

За підрахунками, внаслідок спалювання значної кількості палива в атмосферу викидається понад 3-Ю14 МДж теплоти, яка розсіюється в навколишньому середовищі. Потепління планети відбувається головним чином унаслідок забруднення атмосфери тепличними газами -- переважно вуглекислим газом і меншою мірою метаном, оксидами нітрогену, озоном, водяною парою та ін. Посилюють це явище фреони. Вчені з університету Нордридж (Велика Британія) показали, що побічний продукт виробництва фреону НРСС за своєю парниковою дією у 10 тис. разів перевищує оксид карбону (IV). У земній атмосфері оксид карбону (IV) та деякі інші гази діють подібно до скла в парнику: вони пропускають сонячне світло, але затримують теплоту розігрітої сонцем поверхні Землі, що зумовлює розігрівання поверхні планети. Це явище дістало назву «парникового ефекту». Появі «парникового ефекту» сприяють також оксид нітрогену N20, метан СН4, водяна пара Н2О, фторхлорметани -- фреони (СРСІз, СР2С12 та ін.). Загальний уміст «парникових» газів в атмосфері становить, частини на мільйон: вуглекислого газу -- 355; метану -- 1,75; оксидів нітрогену -- 0,31; фторхлорвуглеців -- 0,001. Річне зростання концентрації цих газів в атмосферному повітрі становить, %: оксиду карбону (IV) -- 0,5, оксидів нітрогену -- 1,0, метану -- 0,7, фторхлорвуглеців -- 0,3. За останні 40 років кількість викидів оксиду карбону (IV) зросла на 35 %. Збільшення вмісту вуглекислого газу в атмосфері спричинює також інтенсивне вирубування лісів. Вважають, що в другій половині XX ст. температура Землі збільшувалася за кожні 10 років на 0,3 °С. За даними підрахунків ООН, до 2100 р. температура зросте на З °С. Це може призвести до танення льодовиків Антарктики, Арктики та гірських, що зумовить підняття рівня вод Світового океану на 2--3 метри і затоплення багатьох прибережних районів. Можуть зникнути під водою густонаселені міста і навіть цілі країни.

Потепління спричинить істотну зміну клімату майже на всій планеті, що може мати негативні і навіть катастрофічні наслідки. Основні кліматичні зони змістяться на північ на 400 км. Настане потепління в зонах тундри, збільшиться посушливість у середніх широтах, де розвинуте зернове землеробство (деякі штати США, Україна, Кубань, чорноземні зони Росії). Клімат тут стане напівпустельним, що призведе до значного зниження врожаїв. Це потребуватиме змін в агротехніці та реорганізації сільського господарства, що, за підрахунками японського вченого Д. Утідзіми, підвищить собівартість сільськогосподарської продукції на 10--20 %.

Збитки, заподіяні майбутнім потеплінням клімату, оцінюють приблизно в 1013 доларів. Людство не має таких коштів. А тому з метою запобігання впливу «парникових» газів на всесвітній конференції ООН у Токіо в 1998 р. було прийняте рішення про квотування викидів «парникових» газів. Це має на меті обмежити зростання викиду їх в атмосферу.

6.6 КИСЛОТНІ ДОЩІ

Оксиди сульфуру і нітрогену, що потрапили в атмосферу, окиснюються і, сполучаючись з водою, утворюють туманоподібні краплини сульфатної та нітратної кислот. Переносячись вітрами на значні відстані, вони згодом випадають разом з дощем, який має кислу реакцію. Кислотними називають взагалі будь-які опади -- дощ, сніг, туман, якщо значення їх рН становить менш ніж 7,0. Кислотні дощі мають значення рН частіше в межах 4,1--2,1, а в деяких випадках навіть менш як 2,1. Спостереження свідчать, що 100 років тому дощова вода мала рН = 7,0, тобто опади були нейтральними. Вперше кислотні дощі зареєстровані в Англії в 1972 р., вони були наслідком потрапляння в атмосферу оксидів сульфуру і нітрогену. Поступово індустріалізація охоплювала все більшу кількість країн, а надходження оксидів сульфуру і нітрогену безперервно збільшувалось, особливо загрозливих масштабів набувши в наш час. Тому кислотні опади випадають всюди. У Західній Європі кислотність дощів у 1990 р. знизилась на 0,2 одиниці рН порівняно з 1989 р. В Україні кислотні дощі часто випадають у Сумській, Черкаській та Рівненській областях, де в повітря викидається значна кількість оксидів сульфуру і нітрогену. Україна забруднюється також за рахунок транскордонного перенесення цих оксидів з країн Західної Європи.

Під впливом кислотних опадів відбувається закиснення водойм і ґрунтів, вимивання з ґрунту калію, магнію і кальцію та зменшення врожайності сільськогосподарських культур на 3--8 %, деградація флори і фауни. У закиснених водоймах гине риба і численні види комах. Внаслідок випадання кислотних дощів гинуть ліси, особливо букові, тисові та кедрові. Загибель лісів зумовлює гірські зсуви та селі. Кислотні опади прискорюють руйнування житлових будинків і архітектурних пам'яток, оздоблених мармуром і вапняком. Кислотний сніг завдає ще більшої шкоди, ніж дощ, оскільки він може накопичуватись упродовж тривалого часу, що призводить до значного закиснення ґрунту під час танення снігу навесні. Кислотність талої води в десятки разів вища від кислотності дощової. У багатьох країнах кислотні дощі завдають значних збитків. Так, у Швейцарії від кислотних дощів гине третина лісів, у Великій Британії висихають 69 % букових і тисових лісів. Від кислотних опадів особливо потерпають закриті водойми -- озера й ставки. У Швеції в 4 тис. озер риба повністю зникла. В Україні за останні 35 років площа кислих ґрунтів зросла на 33 %. Кислі ґрунти потребують вапнування, що підвищує собівартість сільськогосподарської продукції.

6.7 РУЙНУВАННЯ ОЗОНОВОГО ШАРУ

Розташований в атмосфері на висоті 20--35 км озоновий шар є природним захисним бар'єром від проникнення на поверхню Землі жорсткого ультрафіолетового випромінювання Сонця з довжиною хвилі 325---400 нм. Цей шар має відносно невелику товщину, він надійно захищає живу речовину біосфери від згубного впливу такого випромінювання. Якби не існувало озонового шару, то життя на суходолі Землі було б неможливим, як це було на світанку його зародження.

Як уперше помітили метеорологи США (М. Моліна і Ш. Роуленд), останнім часом озоновий шар атмосфери зазнає руйнування. Цей небажаний і небезпечний процес інтенсивно відбувається під дією деяких хімічних речовин -- хлор- і бромпохідних вуглецю (фреони), тетрахлориду карбону, метилхлороформу та ін. Особливо небезпечними є фреони (СРСІз--фреон 11,СР2СІ2 -- фреон 12, СР2С1Вг -- галон 1211), які широко застосовують у техніці й побуті як холодоагенти, розпорошувачі в аерозольних упаковках тощо. Світове виробництво фреонів на початку 90-х років XX ст. перевищило 1,4 млн. т за рік. Під дією ультрафіолетового випромінювання фреони розкладаються з виділенням атомарного хлору, який є ефективним каталізатором розщеплення озону на кисень. Так, один атом хлору призводить до розкладання 100 тис. атомів озону. Руйнування озонового шару спричинюють також космічна і ракетна техніка та сучасні надзвукові літаки. Викиди продуктів згоряння палива з їхніх двигунів розкладають озон до кисню та інших сполук.

Внаслідок руйнування озонового шару концентрація озону почала зменшуватися, а в деяких місцях, зокрема над Антарктидою, в ньому часто виникає «пульсівна дірка». Вміст озону в ній менший від звичайного на 40--50 %. Ця «дірка» чітко виявляється із серпня по жовтень (антарктична весна), а нині вона не затягується і влітку і має надзвичайно велику площу, що дорівнює площі Антарктиди. Внаслідок цього в країнах південної півкулі Землі спостерігається підвищений ультрафіолетовий фон. Це спричинює збільшення кількості захворювань людей на рак шкіри та катаракту. «Озонову дірку» виявлено і в північній півкулі над Антарктикою (Шпіцберген). За оцінками НАСА (США), з 1978 по 1990 рік кількість озону в озоновому шарі зменшилася на 45 %. Цей процес зменшення концентрації озону невпинно триває. Так, за спостереженнями з канадського супутника «Німбус 7», за період з 1980 по 1991 рік швидкість руйнування озону становила 0,224 % за рік. Як показали супутникові спостереження, за останні 15 років ультрафіолетове випромінювання на поверхні Землі зросло більш ніж на 10 %, а в районах Антарктиди -- більш ніж на 40 %. Це призводить до зниження імунітету та збільшення частоти інфекційних захворювань людей і тварин. Як стверджує «Грінпіс», зменшення товщини озонового шару на 10 % призводить до збільшення захворювань на рак шкіри 300 тис. населення.

З метою запобігання подальшому руйнуванню озонового шару атмосфери уряди багатьох країн підписали в 1985 р. у Відні (Австрія) Конвенцію про охорону атмосферного озону і скорочення виробництва фреонів та інших речовин, що руйнують озон.

6.8 ЯДЕРНА ЗИМА

Надзвичайно небезпечними є забруднення атмосфери радіонуклідами, яке трапляється під час аварій на атомних електростанціях та інших ядерних об'єктах і випробувань ядерної зброї. Особливо небезпечною, навіть катастрофічною була б ядерна війна, яка призвела б до загибелі не тільки людства, а й усього живого на Землі. Розрахунки, виконані на електронно-обчислювальних машинах американськими і російськими вченими, свідчать, що в разі ядерного конфлікту з використанням ядерних зарядів потужністю 1000 Мт тротилу, незалежно від місця вибуху, виникнуть величезні пожежі, які спричинять потепління на 1 °С. Це супроводжуватиметься буревіями і призведе до значних руйнувань будівель та рослинного покриву. Радіонукліди течіями повітря швидко поширяться по всій земній кулі. Внаслідок пожеж і руйнування нафтових і газових свердловин в атмосферу виділиться багато «парникових» газів (оксидів карбону, метану та ін.), значна кількість пилу і сажі. Це призведе до підвищення температури ще на 4--5 °С, танення льодовиків та підвищення рівня води в Світовому океані, в результаті чого будуть затоплені величезні території суходолу. Надходження в стратосферу значної кількості оксидів нітрогену спричинить істотне (на 40--60 %) руйнування озонового шару. Це значно збільшить ультрафіолетове опромінення Землі. У повітря здійметься понад 5 млрд. т дрібнодисперсних часточок пилу і попелу. По земній поверхні прокотяться вогняні смерчі. Пил, попіл і сажа чорною хмарою затягнуть усе небо над землею, прозорість атмосфери зменшиться в 200 разів. Настане ядерна ніч, що призведе до повної загибелі рослинного покриву біосфери.

При цьому відбудеться нагрівання тропосфери й охолодження приземного шару повітря на 15--ЗО °С упродовж першого місяця конфлікту. Локальні зниження температури сягатимуть --40... -50 °С. Настане ядерна зима, що триватиме кілька місяців. Після осідання пилу і сажі атмосфера прогріється на 20--ЗО °С вище від норми, що спричинить повені на великих площах і селі в гірських районах, які супроводжуватимуться буревіями

та снігопадами, масовою загибеллю рослин, тварин і людей. Поширяться епідемії хвороб. Гіршого пекла і не уявити. Таким чином, локальний ядерний конфлікт може спричинити загибель людства, а можливо, і всього життя на Землі.

Людство, нарешті, зрозуміло, яку загрозу приховує в собі ядерна зброя. І тому заявило: ядерній зброї на Землі -- ні!

6.9 НОРМУВАННЯ ЯКОСТІ ПОВІТРЯ І ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ ЗАБРУДНИКІВ В АТМОСФЕРІ

З метою визначення токсичних речовин, що містяться в атмосферному повітрі у вигляді газів, пари, аерозолів і пилу, проводять дослідження атмосферних забруднень. Взагалі забруднення токсичними речовинами, які можуть міститися в складному поєднанні, нелегко дослідити і проаналізувати. Дослідження атмосферного повітря пов'язані з визначенням мікрограмових кількостей речовин, тому для його аналізу слід застосовувати високочутливі методи. Проте для оцінки забруднення атмосферного повітря самих визначень концентрації забрудників, нехай навіть і точних, недостатньо. Потрібно ще визначити ГДК, щоб мати можливість порівняти, наскільки визначена концентрація домішок перевищує допустиму межу. Як уже зазначалося, для повітря встановлені ГДКР.3 -- гранично допустимі концентрації робочої зони -- та ГДК шкідливих речовин в атмосферному повітрі населених місць. Гранично допустимі концентрації дають змогу сформулювати вимоги до очисних споруд та визначити санітарно-захисну зону. Тому ГДК можна розглядати як один із шляхів запобігання надмірним забрудненням атмосфери. Однак ГДК санкціонують на законних засадах забруднення атмосферного повітря до певної межі. Слід пам'ятати, що ГДК встановлені лише для однієї речовини, а на практиці в повітря викидається кілька одночасно, їх спільну дію не вивчено. Крім того, визначення ГДК проводили на тваринах, і ці дані переносили на людей. А тому це слід враховувати в практичних умовах, зокрема визначати сумаційний ефект комплексу забруднювальних речовин.

З метою стабілізації стану повітряного середовища та поліпшення якості повітря в країні передбачається розробити стандарти якості повітря, пов'язавши їх з міжнародною системою стандартів. Передбачається також створити нову систему екологічного нормування. Будуть уведені технологічні стандарти і нормативи для забруднювальних речовин викидних газів з урахуванням можливостей новітніх технологій.

Значення ГДК деяких забруднювальних речовин в атмосферному повітрі населених пунктів наведено в табл. 6.4.

Важливим нормативом, який дає змогу кількісно оцінити викид забруднювальних речовин в атмосферу, є гранично допустимий викид.

Під час проектування промислових підприємств слід дотримуватись певних норм викидів шкідливих речовин, для чого визначають максимальне значення приземної концентрації забруднювальної речовини

Таблиця 6.4. Граничне допустимі концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі населених пунктів

Речовина	Гранично допустима концентрація, мг/м3	Клас небезпечності
	максимальна разова	середньодобова
Оксид нітрогену (IV) Ж)2	0,085	0,085	2
Аміак КН3	0,2	0,2	4
Ацетон	0,35	0,35	4
Бензин нафтовий (малосірчистий)	5,0	1,5	4
Бензпірен		0,1 мкг/100 м3	І
Бутиловий спирт	0,1	0.1	І з
Оксид ванадію (V)		0,002	.? І
Дихлоретан	3,0	1,0	І 2
Метанол	1,0	0,5	*2
Нітробензол	0,008	0,008	-? 2
Ртуть металева		0,0003	І
Сажа (кіптява)	0,15	0,05	І І
Свинець та його сполуки			.з
в перерахунку на РЬ		0,0007	І
Сірчистий ангідрид 8О2	0,5	0,05	І *2
Гідрогенсульфід Н28 Карбондисульфід	0,008 0,03	0,008 0,005	.3 2 2
Ціанідна кислота НСК		0,01	9
Хлоридна кислота НС1	0,2	0,2	^ 2
Оксид карбону (II) СО	3,0	1,0	4
Фенол	0,01	0,01	^
Хром СЮ3	0,0015	0,0015	.3 1
Етанол	5,0	5,0	4
Етилен	3,0	3,0	3

Ст (мг/м3). У разі викиду шкідливих газів з одиночного точкового джерела з круглим устям за несприятливих метеорологічних умов на відстані Хт (м) від джерела Ст визначають за формулою

де А -- коефіцієнт, що залежить від температурної стратифікації атмосфери (табл. 6.5); М -- маса шкідливої речовини, що викидається в атмосферу, г/с; Р -- безрозмірний коефіцієнт, що залежить від швидкості осідання шкідливих речовин (для газуватих речовин і дрібнодисперсних аерозолів -- пилу, попелу Р -- 1. Для дрібнодисперних аерозолів з коефіцієнтом очищення викидів не менш як 90 % Р = 2, від 75 до 90 % Р = 2,5, менш як 75 % і в разі відсутності очищення Р -- 3); Н-- висота джерела викиду над рівнем землі, м; л -- безрозмірний коефіцієнт, що залежить від рельєфу місцевості (у разі рівної місцевості або з перепадом висоти не більш як

Таблиця 6.5. Значення коефіцієнта А

Географічний район	Значення А
Європейська територія СНД і Урал на північ від 52° пн. ш. (за винятком центра європейської території), Україна Для розташованих в Україні джерел заввишки до 200 м у зоні від 50° до 52° пн. ш. Те саме на південь від 52° пн. ш.	160 180 200

50 м на 1 км г| = 1); АГ -- різниця температур викидних газів 7^ і навколишнього атмосферного повітря Тп (за останню приймають середню максимальну температуру повітря найжаркішого місяця року); т і п --

6.10 ОЧИЩЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ ГАЗОДИМОВИХ ВИКИДІВ

З метою зменшення забруднення атмосферного повітря пилом та іншими шкідливими домішками потрібно на всіх промислових підприємствах організувати ефективне очищення відхідних газових викидів. Усі методи очищення можна розподілити на три групи: механічні, фізико-хімічні й хімічні (див. схему на с. 151).

Вибір методу очищення залежить від кількості відхідних газів та їх складу. Механічні методи застосовують для очищення вентиляційних та інших газових викидів від грубодисперсного пилу. В них пил відокремлюється під дією сили гравітації, інерції або відцентрової сили.

Вибираючи систему пиловловлювання, слід враховувати швидкість газового потоку, вміст пилу та його фізико-хімічні властивості, розмір часточок і наявність водяної пари. Існує два види пиловловлювання: сухе і мокре. З екологічного й економічного погляду досконалішими є сухі пиловловлювачі. Вони дають змогу повернути у виробництво вловлений пил, тоді як при мокрому утворюються водяні суспензії, переробка яких потребує більших матеріальних затрат. Недоліком сухого пилоочищення є те, що воно забезпечує високий ступінь очищення тільки у разі малої запиленості відхідних газів.

Механічне сухе пиловловлювання здійснюють в осаджувальних камерах, циклонних сепараторах, механічних та електричних фільтрах. В осаджувальних камерах очищають гази з грубодисперсними часточками пилу розміром від 50 до 500 мкм і більше (рис. 6.1, а). Ефективнішою є осаджу-вальна камера Говарда (див. рис. 6.1, б), в якій газовий потік розбивається горизонтальними пластинами на окремі секції. Незважаючи на незначний аеродинамічний опір і невисоку вартість, ці апарати застосовують рідко через труднощі їх очищення. З них відхідні гази направляють в інші, ефективніші апарати для подальшого очищення.

Значно поширеніші циклонні сепаратори (рис. 6.2). У них запилений газ, обертаючись по спіралі, відкидає часточки пилу на стінки апарата З, 4, звідки вони потрапляють у пилоосаджувальну камеру 5. Циклонні сепаратори ефективно очищають гази, що містять часточки розміром не менш як 25 мкм. Коефіцієнт корисної дії циклонів залежить від концентрації пилу і розмірів його часточок. Середня ефективність знепилення газів у циклонах становить 78--86 % для пилу розміром ЗО--40 мкм. Основний недолік циклонів -- значне абразивне спрацювання частин апарата пилом. Тому ці частини вкривають синтетичними матеріалами або зносостійкими сплавами, що здорожує конструкцію апарата. Циклони використовують для очищення запилених газів і повітря з великими часточками в різних галузях промисловості.

У фільтрах газовий потік проходить крізь пористий матеріал різної щільності й товщини. Очищення від грубодисперсного пилу здійснюють у фільтрах, заповнених коксом, піском, гравієм, насадкою різної природи й форми. Для очищення від тонкодисперсного пилу використовують фільтрувальний матеріал типу паперу, повсті або тканини різної щільності. Папір використовують для очищення атмосферного повітря або газів з низьким вмістом пилу. В промислових умовах застосовують тканини або рукавні фільтри. Вони мають форму барабана, тканинних мішків або кишень, що працюють паралельно, їх очищують струшуванням або продуванням повітря. Останнім часом як фільтрувальні тканини широко ви користовують синтетичні матеріали та скловолокно, що можуть витримувати температуру 150--250 °С, вони хімічно і механічно стійкіші і менш вологоємні порівняно з шерстю та бавовною. Останні дають змогу очищати гази з температурою не вище за 100 °С. Головною перевагою рукавних фільтрів є висока ефективність очищення, яка досягає 99 % для всіх розмірів часточок. Для тонкого очищення застосовують керамічні фільтри, фільтри з пластмас або скла. Ефективність пиловловлювання в них може досягати 99,99 %, а температура очищуваного газу -- 500 °С.

Для тонкого очищення газів від пилу використовують електрофільтри (рис. 6.3). Крім пилу вони можуть також очищати гази від аеро- та гідрозолів, тобто вловлювати більш дисперговані часточки. Електрофільтр складається з коронувального (негативного) 2 і осаджувального (позитивного) 7 електродів. Останній виготовляють у вигляді трубки або пластини. Електрофільтр живиться постійним струмом високої напруги (50-- 100 кВ). При напруженості електричного поля між електродами 15 кВ/см повітря іонізується і створює позитивні та негативні заряди. Заряджені частинки осідають на часточки пилу, внаслідок чого вони рухаються до протилежно заряджених електродів і осідають на них. У сухих електрофільтрах для очищення поверхні електродів від пилу використовують струшувальні пристрої 5 ударно-молоткового типу. За допомогою електрофільтрів очищають значні об'єми газів від пилу з розміром часточок 0,01-- 100 мкм за температури газів до 500 °С. Фільтри ефективно працюють при невеликих газових потоках, досягаючи ступеня очищення 99,9 %.

Для підвищення ефективності роботи електроди інколи змочують водою. Такі електрофільтри називають мокрими. У мокрих пиловловлювачах запилений газ зрошується рідиною або контактує з нею. Найпростішою конструкцією є промивна башта, заповнена кільцями Рашіга, скловолокном або іншими матеріалами. До апаратів такого типу належать скрубери та труби Вентурі. Часто для видалення шламів, що утворюються, труби Вентурі доповнюють циклонами. На рис. 6.4 зображено порожнистий форсунковий скрубер -- циліндрична (або прямокутна) башта, виготовлена з металу, цегли чи залізобетону. Скрубери працюють за принципом протитечії: газ рухається знизу вгору, а поглинальна рідина (частіше вода) розпилюється форсунками згори вниз. Швидкість газу в скруберах -- 1,0--1,5 м/с. Ефективність очищення газів залежить від змочуваності пилу і досягає 96--98 %. Для вловлювання важкозмочуваного пилу, наприклад вугільного, у воду добавляють поверхнево-активну речовину (ПАР). Скрубери можна застосовувати для холодних і гарячих газів, які не містять токсичних речовин (кислот, хлору тощо), оскільки вони видаляються в атмосферу разом з очищеним газом у вигляді туману. У барботажних апаратах запилений газ пропускають крізь рідину (воду), їх доцільно використовувати для очищення гарячих газів з часточками пилу розміром понад 5 мкм. Барботаж використовують також у пінних апаратах. Для створення піни у воду добавляють ПАР. Ефективність очищення в цих апаратах досягає 97--99 %.

Недоліком мокрого очищення газів є те, що вловлений пил перетворюється на мокрий шлам. Для видалення останнього потрібно будувати шламову каналізацію, що здорожує конструкцію. Мокрі пиловловлювачі типу труби Вентурі характеризуються значними витратами електроенергії для подавання й розбризкування води, особливо для уловлювання пилу з розміром часточок менш як 5 мкм. Під час очищення деяких газів можлива лужна або кислотна корозія. Значно погіршуються умови розсіювання через заводські труби відхідних газів, зволожених під час охолодження в апаратах цього типу.

В апаратах інерційного пиловловлювання різко змінюється напрям потоку (рис. 6.5). Часточки пилу за інерцією вдаряються об поверхню, осаджуються і через розвантажувальний пристрій видаляються з апарата. Усередині апаратів розміщені пластини або кільця, об які вдаряється газ. Зверху апарати можуть зрошуватися водою. Тоді пил з них видаляється у вигляді шламу.

Ультразвукові апарати використовують для підвищення ефективності роботи циклонів або рукавних фільтрів. Ультразвук сприяє адгезії і закріпленню часточок пилу. Ці апарати ефективні у разі високої концентрації пилу в очищуваному газі. Для збільшення ефективності роботи апарата його зрошують водою. Такі апарати в комплексі з циклоном застосовують для уловлювання сажі, туману різних кислот тощо.

До фізико-хімічних методів очищення газових викидів належать абсорбція і адсорбція. Абсорбція -- це процес хімічного осадження або зв'язування забруднювальних речовин під час пропускання очищуваного газу крізь рідкий поглинач. Апарати для такого очищення називають абсорберами. В цих апаратах очищуваний газ і абсорбувальна рідина рухаються назустріч один одному. Принципову схему установки для абсорб-ційно-десорбційного видалення забрудників із газів подано на рис. 6.6.

Рис. 6.6 Принципова схема установки абсорбційно-десорбційного видалення полютантів із забруднених газів

Забруднений газ надходить в абсорбер /, де газовий полютант, що потребує видалення, контактує з холодним абсорбентом. Останній вибірково поглинає забрудника. Очищений газ видаляється в атмосферне повітря.

Розчин поглинача, що вміщує абсорбований полютант надходить у теплообмінник 4, нагрівається в ньому і подається насосом в десорбер 3. Поглинений полютант десорбують нагріванням поглинача парою. Очищений поглинач через теплообмінник 4 і холодильник 2 знову повертається в абсорбер, здійснюючи таким чином багаторазову циркуляцію. Абсорбцію застосовують для очищення повітря і відхідних газів, що містять токсичні забруднення -- кислотні тумани, оксиди карбону (IV) і (II), ціанідну або ацетатну кислоти, сірчистий газ, оксиди нітрогену, різні розчинники тощо. Як поглинач використовують суспензії, що містять оксиди магнію і кальцію або вапняк:

2СаО + 4ІЧО2 + О2 -> 2Са(КО3)2; СаО + СО2 -> СаСО3;

М&О + 8О2 -> М§8О3; СаО + ЗО2 -> Са5О3;

СаСО3 + 2НС1 -> СаС12 + Н2О + СО2Т.

Ефективність очищення становить 90--95 %. Шлами після очищення можуть використовуватись для подальшого перероблення й отримання продуктів. Недоліком цих апаратів є ускладнення процесу видалення шламів у разі утворення важкорозчинних речовин.

Адсорбційний метод очищення газів -- це сорбція газуватих речовин на поверхні або в об'ємі мікропор твердого тіла. Тверду речовину, на поверхні або в об'ємі пор якої відбувається концентрування очищуваних речовин, називають адсорбентом. Поглинювані забруднювальні речовини, що перебувають у газовій або рідкій фазі, називають адсорбтивом, а після переходу в адсорбований стан -- адсорбатом. У техніці використовують тверді адсорбенти з сильнорозвинутою внутрішньою поверхнею. Найчастіше як адсорбент використовують активоване вугілля, силікагель та глини, що мають велику поверхню. Один грам активованого вугілля має поверхню близько 5 км2. Вилучені з очищуваних газів речовини -- адсорбтиви, які в подальшому видаляють за допомогою десорбції, можуть бути використані для тих чи інших цілей. Цей процес називають регенерацією адсорбента і здійснюють здебільшого нагріванням перегрітою парою.

Апарати, в яких здійснюють адсорбцію, називають адсорберами, їх виконують вертикальними, горизонтальними і з кільцевими полицями, на яких розташовують адсорбент. За розміром і формою часточок активоване вугілля буває гранульованим і порошкоподібним. Гранульоване вугілля виготовляють у формі циліндриків діаметром від 2 до 5 мм, причому висота циліндрика завжди більша від діаметра. Гранульоване вугілля застосовують переважно в установках зі стаціонарним шаром адсорбенту. Для збільшення поверхні та інтенсивності масообміну гранульоване вугілля подрібнюють і розсівають на фракції. Подрібнене вугілля використовують у процесах зі стаціонарним, рухомим і киплячим шаром адсорбенту. В цьому разі процес здійснюють у безперервному режимі із застосуванням гранул вугілля з підвищеною міцністю проти стирання. Перевагою безперервного процесу є повна його автоматизація, можливість здійснювати хроматографічне розділення суміші компонентів поряд з їх виділенням з газу, зменшення витрат теплоти на регенерацію вугілля. Недоліком методу є великі енергетичні витрати через високий опір шару адсорбенту.

Адсорбцією на активованому вугіллі очищають відхідні гази від гідро-генсульфіду у виробництві штучного волокна. За допомогою адсорбції на силікагелі очищають газові викиди від оксидів нітрогену. Цей метод широко застосовують для очищення викидних газів від багатьох інших шкідливих домішок.

Хімічні методи очищення викидних газів засновані на хімічному зв'язуванні шкідливих забруднювальних речовин. Дуже поширеним методом є хемосорбція, коли очищуваний газ промивають розчином речовин, що реагують із забруднювальними домішками. Так, для вловлювання оксидів нітрогену застосовують торфолужні композиції з гідроксидом кальцію або аміаком. У результаті хемосорбції утворюється добриво з 6-- 8 %-м вмістом зв'язаного азоту у вигляді нітратів кальцію і амонію.

Спалювання використовують для знешкодження горючих вуглеводнів, що не використовуються у виробництві. З економічного погляду це малоефективний процес, оскільки теплота не використовується і тільки призводить до теплового забруднення навколишнього середовища. Якщо концентрація горючих речовин недостатня для горіння, то застосовують термічне окиснення. При цьому очищуваний газ спалюють у полум'ї пальника.

У багатьох випадках для знешкодження відхідних газів застосовують каталітичні процеси окиснення, відновлення та розкладання. Наприклад, вихлопні автомобільні гази очищають від оксиду карбону (II) окисненням до вуглекислого газу на мідно-мангановому каталізаторі, що є сумішшю оксидів мангану і купруму:

Каталізатор

2СО + О2 ^ 2СО2.

Каталітичне відновлення оксидів нітрогену до К2 здійснюють за допомогою відновників -- водню, метану або аміаку за наявності платино-паладієвородієвих каталізаторів.

Опрацювавши цей розділ, ви повинні вміти:

- схарактеризувати забруднення атмосфери;

- назвати основні принципи класифікації забруднень атмосфери і пояснити їх практичне значення;

- пояснити, що таке організовані й неорганізовані промислові викиди;

- навести класифікацію джерел забруднення атмосферного повітря;

- описати екологічний вплив забруднень атмосфери на здоров'я людей та стан довкілля;

- схарактеризувати хімічну та фізико-хімічну поведінку забруднень в атмосфері;

- пояснити хімічну та фізико-хімічну сутність «парникового ефекту» кислотних опадів, «озонової дірки» та вплив ядерних випробувань на стан атмосфери;

- визначити сутність нормування якості атмосферного повітря;

- зробити розрахунки приземної концентрації шкідливих речовин та гранично допустимих викидів у атмосферу;

- схарактеризувати різні методи очищення газових викидів та можливості їх застосування на підприємствах.

Запитання і завдання для самостійної роботи

Назвіть види забруднень атмосфери і дайте їх коротку характеристику. Знаючи обсяги добування енергетичних ресурсів у країні, зробіть розрахунки можливих викидів вуглекислого газу і сірчистого ангідриду в атмосферне повітря в Україні. Як зміниться викид цих речовин в атмосферу, якщо споживання палива збільшити вдвічі? Які шкідливі викиди в атмосферу і в якій кількості зроблять 200 тис. легкових автомобілів за добу та за рік?

Яку кількість і яких шкідливих речовин викидає в атмосферу щороку чорна металургія, енергетика та автомобільний транспорт України? Дайте визначення і поясніть на прикладах, що таке організований і неорганізований, первинний і вторинний викиди.

Назвіть ознаки, за якими класифікують джерела забруднення атмосферного повітря, і наведіть приклади.

Як впливає забруднення атмосфери на здоров'я людей та стан довкілля? Скільки кисню споживає сім'я з чотирьох чоловік за добу і скільки потрібно дерев для його вироблення? Як можна зменшити забруднення атмосфери?

Що відбувається з оксидами нітрогену, водяною парою, гідроген сульфідом і оксидом сульфуру (IV), які потрапили в атмосферу з газовими викидами?

Як «поводяться» хлор фторорганічні сполуки в атмосфері? . Схарактеризуйте сутність «парникового ефекту» та його можливі наслідки.

Що сприяє випаданню кислотних опадів та які їх наслідки? . Що таке «озонова дірка» і що спричинює її утворення? , Як запобігти випаданню кислотних опадів?

Як зменшити руйнування озонового шару?

Як запобігти катастрофічним змінам клімату внаслідок антропогенної діяльності?

Які можливі наслідки термоядерної війни? У чому полягає відмінність між ГДК і ГДВ?

В атмосферу викидають 1000 г/с відхідних газів, у яких міститься 7 % СО2 і 0,3 % 8О2. Визначте максимальне значення приземної концентрації цих забрудників, якщо підприємство розташоване в Київській області і має 100-метрову димову трубу діаметром 6 м. Температура викидних газів 120 °С. Середня кількість викидних газів становить 10 тис. м3 за годину.

На підприємстві утворюються газо димові викиди, що містять пил з розміром часточок від 2 до 500 мкм та 0,8 % оксидів сульфуру. Запропонуйте конструкцію очисної споруди.

В яких випадках застосовують очищення викидних газів від пилу в пиловловлювальних камерах, циклонах та електрофільтрах? Сформулюйте оптимальні умови роботи циклонів та електрофільтрів. В яких випадках використовують абсорбційне і адсорбційне очищення газо димових викидів?

Чому на більшості підприємств при спалюванні палива в котельнях не використовують очищення викидів від «парникових» газів? У чому полягає сутність методів очищення викидних газів спалюванням термічним та каталітичним окисненням, каталітичним відновленням? Скільки і яких викидів в атмосферу здійснюється в процесі виробництва 100 млн. т сталі?

Розділ 7. Тема 7. Екологічна безпека гідросфери

7.1 СПОЖИВАЧІ ВОДИ

Вода входить до складу всіх організмів біосфери, в тому числі і до складу тіла людини. У ньому вона виконує роль структурного компонента, розчинника і переносника поживних речовин, учасника біохімічних процесів, регулятора теплообміну з навколишнім середовищем. Від забезпеченості водою залежить життєдіяльність усіх живих організмів. Вода регулює клімат планети, забезпечує господарську та промислову діяльність людей.

Основними споживачами води є сільське й комунальне господарство та промисловість. У сільському господарстві воду використовують для поливу рослин, напування й приготування корму для свійських тварин, у комунальному господарстві -- для пиття та приготування їжі для людей, для задоволення їхніх санітарно-гігієнічних потреб, як теплоносій тощо. У промисловості воду використовують як сировину, реагент та розчинник для проведення різних технологічних процесів, а також для промивання сировини й продуктів тощо.

Усі галузі господарства за відношенням до водних ресурсів поділяють на користувачів і споживачів. Користувачі використовують воду як середовище або джерело енергії і не забирають її з джерел (водний транспорт, рибальство, туризм, спорт, гідроелектростанції тощо). Споживачі забирають воду з джерел і використовують її за призначенням (пиття, приготування їжі, вирощування сільськогосподарської продукції, здійснення технологічних процесів на виробництві, обігрівання приміщень тощо).

У багатьох випадках вода після використання частково або повністю повертається до джерел, але зі зміненою якістю. Найбільше (до 70 %) прісної води споживає сільське господарство. Особливо велика кількість води витрачається в зрошувальному землеробстві. Нині у світі зрошується близько 15 % площ усіх сільськогосподарських угідь (в 1970 р. -- 235 млн. га). За деякими прогнозами, зрошуванні площі найближчим часом зростуть до 420 млн. га. Питоме споживання залежить від виду сільськогосподарських культур, фізико-географічних умов району, технічного стану зрошувальних систем і способу поливу. Як приклад наведемо норми зрошення деяких культур, м3/га: зернові -- 1500--3500, цукрові буряки -- 2500--6000, багаторічні трави -- 2000--8000, рис -- 8000--15000.

Обсяг споживаної води в промисловості оцінюють водоємністю виробництва, під якою розуміють кількість води, необхідної для виробництва однієї тонни готової продукції. Водоємність різних видів продукції коливається в дуже широких межах, м3/т: сталі, чавуну -- 15--20, сульфатної кислоти -- 25--80, синтетичного волокна -- 500, міді -- 500, пластмас -- 500--1000, синтетичного каучуку -- 2000--3000. Для роботи ТЕС потужністю 300 тис. кВт потрібно близько 300 км3 води на рік. Середній хімічний комбінат щодоби витрачає 1--2 млн. м3 води.

Споживання води населенням характеризують питомим водоспоживанням, під яким розуміють добовий об'єм води в літрах, необхідний для задоволення всіх потреб одного мешканця міста чи села. Питоме водоспоживання в містах більше, ніж у селах, і значною мірою залежить від ступеня благоустрою (наявності водопроводу, каналізації, центрального водяного опалення тощо). Так, питоме водоспоживання для деяких міст становить, л/добу: Нью-Йорк -- 600, Париж -- 500, Москва -- 400, Київ -- 300, Лондон -- 263. У великих містах з населенням понад 3 млн. чоловік добові витрати води сягають 2 млн. м3, а річні -- близько 1 км3. При цьому використовується вода досить високої якості, що потребує складної технології водопідготовки.

Якість води в кожному конкретному випадку визначається вимогами споживача. Категорія якості води -- це показник ступеня забрудненості водного об'єкта, який визначається за сукупністю встановлених показників складу і властивостей води (фізичних, хімічних, біологічних, бактеріологічних) і задовольняє вимоги споживачів та дотримання їх є обов'язковим упродовж визначеного часу.

7.2 ЗАБРУДНЕННЯ ВОД СВІТОВОГО ОКЕАНУ

Основними джерелами забруднення вод є атмосферні опади, стоки з сільськогосподарських полів, ферм та інших об'єктів, міські й промислові стічні води та водний транспорт. Усі водні ресурси поділяють на підземні, поверхневі та атмосферні. Підземні води поширюються в земній корі до глибини 13--14 км. Вони заповнюють пори, тріщини й пустоти, мають тісний контакт з ґрунтом і породами земної кори. Для них характерне пошарове розміщення водоносних горизонтів, що відокремлені водонепроникними пластами породи, слабкий зв'язок з атмосферою, незначний розвиток біологічних процесів, бідність форм життя, підвищені температура й тиск. Усе це сприяє меншому забрудненню вод нечистотами та мікроорганізмами, завдяки чому вони переважно доброякісні. Знаходячись на значних і різних глибинах, вони характеризуються стабільнішим хімічним складом, містять більше корисних для здоров'я людини речовин (сполук кальцію, йоду, флуору та ін.). Проте й підземні води можуть забруднюватися, якщо фільтрувального шару порід недостатньо.