Wykład 5.
Człowiek i jego środowisko Gazy
Dwutlenek siarki jest wytwarzany podczas spalania wszelkich substancji zawierających siarkę. Głównym jego źródłem są elektrownie opalane węglem kamiennym lub, co gorsza, brunatnym. Dwutlenek siarki jest bardzo szkodliwy dla wszystkich istot żywych, zwłaszcza dla roślin. Działa nawet w stężeniach 1-2 ppm, chociaż człowiek wyczuwa węchem dopiero stężenie 3*5 ppm.
W powietrzu SO2 ulega dalszemu utlenieniu do SOS i z wodą daje kwas siarkowy H2SO4 - najważniejszą przyczynę kwaśnych deszczów, które niszczą lasy i jeziora. Spadają i zabijają. bardzo daleko od źródła skażenia.
Tlenki azotu (głównie NO i NO3) powstawały zawsze od energii błyskawic. Współcześnie są wytwarzane w wielu procesach przemysłowych, przede wszystkim przy spalaniu w wysokich temperaturach. Są to ilości i stężenia duże, nawet zagrażające życiu. Gdy znajdą się w glebie, mogą tam ulegać przemianom do związków o nazwie nitrozoaminy. Nitrozoaminy są silnie rakotwórcze, a pobrane z gleby przez warzywa mogą znaleźć się w pożywieniu człowieka. Jako prekursory kwasu azotowego tlenki azotu mają też udział w tworzeniu kwaśnych deszczów.
Gazy spalinowe zawierają resztki niezużytego paliwa - całą gamę rozmaitych węglowodorów. Pod wpływem energii światła słonecznego powstają z nich związki azotu z węglowodorami. Są one dla człowieka toksyczne już w stężeniu 0,01 ppm, czyli są tysiąc razy bardziej szkodliwe od samego N02. To jest mechanizm powstawania smogu miejskiego.
Pyły
Biaława powłoka pyłów pokrywa okolice każdej cementowni. Pyły ulatują z zakładów metalurgicznych i wielu innych instalacji przemysłowych. Pyły znajdują się w spalinach silników, powstają. ze ścierających się opon samochodów i ze ścierania nimi nawierzchni dróg. Pyły definiuje się wielkością ich cząstek. Cząstki tak małe, że unoszą się w powietrzu nazywamy pyłem. Szkodliwość oddziaływania pyłów na środowisko zależy od tego jak bardzo trująca jest rozpylona substancja. Szczególnie groźny jest np. pył ołowiu. Dla ludzi pracujących w przemyśle mogą być groźne pyły substancji nieaktywnych chemicznie ani biologicznie. Przykładem może być celuloza. Włókna bawełny to chemicznie niemal czysta celuloza, A jednak na skutek wdychania bardzo drobnych fragmentów włókien bawełny włókniarki zapadają na pylicę. Krzemionka to jedna z najpospolitszych najbardziej niewinnych substancji w naszym otoczeniu; piasek, szkło. Przy niektórych pracach, np. kamieniarskich i szlifierskich, robotnikom zagraża pylica. Wystarczy, że cząstki pyłu dostaną się do pęcherzyków płucnych by tam osiadły na zawsze, gdyż organizm nie potrafi ich stamtąd usunąć. Nawet nietrujące pyły szkodzą roślinom. Zatykają szparki oddechowe i utrudniają fotosyntezę.
Katalog trucizn środowiskowych - metale śmierci
Metale mają dla żywych organizmów bardzo różne znaczenie. Takie metale, jak potas, magnez, żelazo, miedź i cynk, są toksyczne w dużych stężeniach, lecz niezbędne do życia w ilościach małych lub śladowych. Natomiast rtęć, ołów i kadm są wyłącznie truciznami.
Rtęć - żywe srebro, które zabija
Ten niezwykły metal, który w warunkach normalnych jest płynem o pięknym, srebrzystym lśnieniu, znany był już w starożytności. Wraz z rozwojem cywilizacji rtęć zaczęła być stosowana wielu procesach technologicznych i wraz ze ściekami zaczęła częściej trafiać do wód. Rtęć jest bardzo toksyczna, zarówno w postaci metalicznej, jak też w postaci związków nieorganicznych. W środowisku wodnym wiele organizmów, np. bakterie metanowe, potrafi rtęć metylować, tzn. przyłączać do niej grupę metylową- CHS. Toksyczność metylortęci jest znacznie większa niż innych związków rtęciowych. Atakuje ona zwłaszcza mózg, powodując u człowieka zaburzenia wzroku, słuchu, mowy, koordynacji ruchów, żucia i połykania, wreszcie upośledzenie umysłowe. Przenika też z łatwością przez łożysko z organizmu matki do organizmu nienarodzonego dziecka i czyni spustoszenia w jego mózgu. Na domiar złego rtęć metylowana kumuluje się w łańcuchach pokarmowych.
Przykład przerażającej bezmyślności pochodzi z rolnictwa. Dla roślin uprawnych poważnym zagrożeniem są grzyby glebowe, które atakują kiełkujące nasiona. Około 1920 r. wykryto, że związki rtęci są trujące dla tych grzybów i zaczęto powszechnie stosować rtęciowe zaprawy nasienne. Zaprawianie polegało na tym, że powierzchnia każdego nasienia powlekana była cienką warstwą trucizny, która stanowiła skuteczną zaporę przeciw wnikaniu strzępek grzyba. Tymczasem rtęć raz wprowadzona do gleby już w niej zostaje i nawet niewielkie ilości, używane do zaprawiania nasion, z upływem czasu skutkują stężeniem groźnym dla zdrowia i życia. Zakaz stosowania rtęciowych zapraw nasiennych najwcześniej wprowadzono w Szwecji w 1966 r. W innych krajach próby ustanowienia zakazu napotykały znaczny opór.
Na ostateczne zarzucenie zapraw rtęciowych największy wpływ miały masowe zatrucia z licznymi zgonami ludzi, gdy czyjaś zbrodnicza głupota i chciwość powodowała przemiał zaprawionego ziarna na mąkę na chleb. W latach 1956-1972 widownią takich tragedii były m.in. Gwatemala, Ghana, Pakistan i Irak. W Polsce w 1975 r. wiele osób zatruło się mięsem świń i kurczaków, które karmiono zaprawionym ziarnem.
Ołów działa powoli
Ołów ma wielkie zalety techniczne, które czynią go wymarzonym tworzywem. Ma niską temperaturę topnienia, jest miękki i plastyczny, nie niszczeje od powietrza, wody, wina, octu. Można z niego odlewać, odkuwać czy wyginać przedmioty znacznie łatwiej niż z miedzi czy brązu, o żelazie nie mówiąc. Wyrabiano więc z ołowiu powszechnie naczynia kuchenne i stołowe. Tak był używany w starożytności w Egipcie, Grecji i Rzymie. Typowym zastosowaniem były zbiorniki na wodę pitną i rury wodociągowe od starożytnego Rzymu poczynając, a na XIX wieku kończąc. Jeszcze w XX wieku, gdy zakładano stalowe rury wodociągowe, złącza między nimi miały ołowiane uszczelki.
Zatrucie ołowiem uszkadza mózg i może dawać objawy podobne do chorób psychicznych. Upadek cywilizacji rzymskiej, a także zbrodnicze szaleństwa Kaliguli, Nerona i innych despotów za pierwotną przyczynę mógł mieć długotrwałe zatrucie ołowiem. Działaniem ołowiu próbuje się też tłumaczyć mroczne okrucieństwa carów moskiewskich. Wodociąg - ołowiany oczywiście - zainstalowano na Kremlu w 1633 r.
W drugiej połowie XX w. dostrzeżono wpływ śrutu ołowianego, W 1991 r, zalecono rządom 15-stki Unii Europejskiej wydanie przepisów dotyczących użycia nietrującego śrutu,
W miarę jak rosła świadomość, czym jest ołów, eliminowano go coraz dokładniej z wodociągów, farb, zabawek dziecięcych i amunicji myśliwskiej.
W 1923 r. zastosowano czteroerylek ołowiu jako dodatek do benzyny, poprawiający pracę silników spalinowych. Można było użyć benzyny gorszej jakości dodając do niej więcej ołowiu. Pod koniec PRL dodawano w Polsce do litra benzyny w przybliżeniu czterokrotnie więcej ołowiu niż w krajach zachodniej Europy. Każda droga o znacznym nasileniu ruchu samochodowego oznacza pas ziemi skażonej o szerokości 100 m z każdej strony. Wypasanie krów w rowach przydrożnych można porównać z używaniem ołowianych naczyń stołowych.
Kadm niszczy nerki i kości
Kadm jest szaro srebrzysty, odporny na działanie powietrza i wilgoci. Wyroby ze stali, pokryte cienką warstwą kadmu, stają się odporne na rdzę. Związki kadmu są używane do barwienia tworzyw sztucznych. Do środowiska kadm dostaje się w dużych ilościach wyziewami hut cynku i ołowiu, gdyż jest zawarty w rudach tych metali. Zakłady przeróbki ropy naftowej (np. Płock) mają tu również swój udział.
W organizmach ssaków, a więc i człowieka, kadm działa dwojako: kumuluje się w nerkach i powoduje ich uszkodzenie oraz zaburza gospodarkę wapniową i magnezową. Przy niedoborze tych pierwiastków kości stają się bardzo kruche i słabe.
Katalog trucizn środowiskowych: chlor i jego związki organiczne
Chlor jest żółtawozielonym gazem, bardzo aktywnym chemicznie i dlatego nie występuje w stanie wolnym. Uzyskano go w drodze elektrolizy pod koniec XIX w. Został użyty jako gaz bojowy podczas I wojny światowej. Chlor zabija wszystko. Atakuje substancje organiczne i wchodzi z nimi w trwałe związki. Tę właściwość chloru wykorzystano, używając go do odkażania wody wodociągowej. Chodzi o zabicie ewentualnych bakterii. Na tym też polega bielenie np. papieru za pomocą chloru.
Historia DDT
DDT czyli dwuchloro-dwufenylo-trójchloroctan był pod koniec II wojny światowej błogosławiony przez miliony ludzi. Jego skuteczność jako środka owadobójczego była nadzwyczajna. Dzięki niemu wojska sprzymierzonych, walczące z koalicją hitlerowską, były pierwszą armią w historii, której żołnierze nie mieli wszy i nie byli dziesiątkowani przez tyfus plamisty. Krótkoterminowe eksperymenty dowodziły, że DDT jest całkowicie nieszkodliwy dla kręgowców, z człowiekiem włącznie. Po kilkunastu latach stosowania DDT zaczęły się pojawiać niepokojące dane. DDT gromadzi się w tkance tłuszczowej kręgowców i w razie szybkiego schudnięcia może powodować zatrucia. Wykryto DDT w tłuszczu pingwinów na Antarktydzie i w mleku kobiet Eskimosek z arktycznych obszarów Kanady. W Europie zaczęły gwałtownie ginąć ptaki drapieżne. Mechanizm polegał na tym, że DDT zaburzał gospodarkę wapniową ptaków (cienkie skorupki jaj). W większości krajów Europy i w USA obowiązują już zakazy produkcji i stosowania DDT.
Stężenia skażeń rosną z biegiem łańcuchów pokarmowych
Rośliny praktycznie nie mają żadnych zdolności pozbywania się skażeń, które wniknęły do ich tkanek albo które same pobrały ze środowiska. Dlatego też, jeśli nawet stężenie w wodzie lub glebie wydaje się małe, to w roślinach może być wielokrotnie wyższe,
Zwierzęta mają sposoby pozbywania się trucizn z organizmu, ale wydajność tych metod jest ograniczona. Na znajomości tych mechanizmów fizjologicznych oparte są m.in. normy dotyczące człowieka, precyzujące najwyższe, dopuszczalne spożycie dobowe. Jest to w przybliżeniu taka ilość, którą organizm może wydalić w całości.
Ratunkiem dla gleby jest wapnowanie przy użyciu wapieni i dolomitów albo różnych postaci wapna nawozowego. W Polsce 35 do 50% powierzchni ziemi uprawnej pilnie potrzebuje wapnowania a mniej pilnie potrzebuje go dalsze 25% obszaru gruntów uprawnych.
Wszystkie skażenia powietrza trafiają również do wód rozmaitymi drogami. Drogą najprostszą, bezpośrednią, jest opadanie pyłów na powierzchnię wód i rozpuszczanie się w niej gazów. Znacznie większe ilości zanieczyszczeń wnoszą opady. Padający deszcz spłukuje zanieczyszczenia z olbrzymiej masy powietrza. Część wody deszczowej wsiąka w ziemię i przekazuje zanieczyszczenia do gleby. Druga część w formie spływu powierzchniowego wnosi zanieczyszczenia do rzek i jezior. Śnieg jest nawet groźniejszy. Na powierzchni śniegu zanieczyszczenia gromadzą się i podczas roztopów jednorazowo uchodzą do wód osiągając szczególnie wysokie stężenia.
Klasy czystości wód
Klasa pierwsza - wody przydatne do:
- bytowania ryb łososiowatych,
- zaopatrzenia ludności w wodę do picia.
Klasa druga - wody przydatne do:
- bytowania w warunkach naturalnych ryb innych niż łososiowate,
- urządzania kąpielisk i uprawiania sportów wodnych,
- zaopatrzenia zwierząt gospodarskich w wodę do picia.
Klasa trzecia - wody przydatne do nawadniania w ogrodnictwie, ogrodnictwie szczególności w szklarniach.
Spośród 57 wskaźników czystości wód dwa są szczególnie ważne. Są to; BZT5 oraz miano coli. Pieciodobowe biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT5) jest miarą zanieczyszczenia materią organiczną. Jest to ilość tlenu, która w ciągu pięciu dób zostałaby użyta do rozkładu materii organicznej, zawartej w badanej wodzie.
Miano coli jest miarą zanieczyszczenia wody ludzkimi odchodami. Jest to najmniejsza objętość wody w cm3, w której można znaleźć co najmniej jedną komórkę pałeczki okrężnicy(...) coli lub pokrewnych bakterii żyjących w jelitach człowieka. Im wyższe miano, tym czystsza woda. Dla wody pitnej musi ono przekraczać 100, tzn. że w 100 cm3 wody z (...) nie powinno być ani jednej komórki bakterii z tej grupy.
Zintegrowana oczyszczalnia Ekoreaktor
Jest polskim rozwiązaniem idealnym dla mniejszych skupisk ludzkich. Zbiornik reaktora jest pod ziemią, a zatem nie cuchnie i pracuje równie dobrze latem i zimą. W tym zbiorniku uzyskuje się rozkład tlenowy i beztlenowy. Umożliwiają to kulki z plastiku, jakby piłeczki o średnicy 3 cm, każda z dwoma otworami do wnętrza, z wierzchu zaś okryta wystającymi listewkami (żeberkami), żeberkami zbiorniku tysiące takich kulek jest utrzymywanych w zawieszeniu przez ciągły ruch ścieków. Każdą kulkę porasta ... biologiczna, z wierzchu tlenowa, wewnątrz kulki - beztlenowa. Kulki, potrącając jedna drugą, oczyszczają się nawzajem z nadmiaru błony biologicznej, która tworzy osad na dnie zbiornika. Można go stamtąd wypompować nie przerywając pracy ekoreaktora. Taki ekoreaktor może mieć różne wymiary, można też łączyć je szeregowo zależnie od ilości ...
Obieg wody
W krajach uprzemysłowionych rozpowszechnione jest stosowanie w zakładach przemysłowych zamkniętego obiegu wody. Oznacza, to, że zakład oczyszcza swoje ścieki i po oczyszczeniu używa ich jako wody, w zasadzie niczego nie pobierając z zewnątrz, a w razie niczego nie wypuszczając.