Химия как фактор оздоровления окружающей среды

3. Активный  катализатор - оксид металла на  подложке из оксида металла. Активные  оксиды (например, γ-А12 О3 ), обладающие  высокой удельной поверхностью, могут быть нанесены на носитель  из оксида металла (например, на  γ-А12 О3 ). Такая система обладает  следующими преимуществами: она  способна выдержать высокие температуры; в ее состав входят дешевые  материалы (по сравнению с катализаторами  из благородных металлов); кроме  того, она может быть изготовлена  в виде стержней или таблеток.

К этой категории относят также катализаторы, целиком состоящие из активного материала, включая и носитель; такие катализаторы называют иногда "бесподложечные". К их числу относят смесь оксидов меди и марганца ("Хопкалит"), обеспечивающую полное сгорание углеводородов при 300-400°С, за исключением метана (30% при 400°С).

4. Активный  оксид металла на металлическом  носителе. Например, каталитическая  система, представляющая собой металлическую  проволоку в качестве носителя. В процессах очистки газов  такие системы практически не  используются.

В настоящее время разрабатываются комплексные катализаторы, обладающие активностью к нескольким реакциям (при обезвреживании нескольких вредных веществ).

Температура, которая обычно необходима для начала каталитической реакции (температура зажигания), зависит от присутствующих в газе веществ и типа катализатора.

Важнейшим требованием к катализаторам, используемым в очистке газов, является стойкость к каталитическим ядам.

Рассмотрим действие основных каталитических ядов на катализаторы при очистке выбросов.

Фосфорорганические соединения, встречающиеся в аэрозолях, образуемых смазками, при окислении дают фосфорную кислоту, которая покрывает катализатор тонким дезактивирующим слоем.

Тяжелые металлы - свинец и мышьяк - действуют подобно фосфатам, образуя тонкие дезактивирующие пленки. Дезактивация и засорение катализатора могут быть обусловлены присутствием пыли в очищенном газе.

Если эта пыль огнеупорная (оксиды алюминия, кремния и железа), ее дезактивирующее действие может быть постоянным; если не произошло спекание, фильтрующие элементы могут быть очищены и активность катализатора частично восстановится.

Временная потеря активности может быть вызвана отложением мелкой угольной пыли и сажи вследствие неполного сгорания. В этом случае уголь выжигается из катализатора при кратковременном повышении температуры до 350°С.

Стоимость катализатора зависит от стоимости исходного сырья и технологии его получения. Часто для приготовления катализаторов используют драгоценные и редкие металлы: платину, серебро, радий, палладий, рутений, церий и другие, а также цветные металлы: медь, цинк, хром, никель кобальт, олово, алюминий, титан, молибден и другие. С целью снижения стоимости следует синтезировать, где это возможно, катализаторы, не содержащие драгоценных металлов или снижать их содержание. В ряде случаев такие катализаторы по активности и другим показателям не уступают катализаторам, в состав которых входят драгоценные металлы.

Немаловажное влияние на стоимость катализаторов оказывает технология их приготовления. Технология получения катализаторов зависит от того, в каком виде его получают. Например, в виде металлических сеток, гофрированной ленты, керамических блоков, таблеток, колец, шариков и др. Наиболее часто контактные массы получают в виде таблеток путем совместного осаждения каталитически активных веществ с последующим добавлением активаторов и наполнителей.

Производство таких катализаторов включает следующие стадии: подготовку сырья, растворение, осаждение, фильтрование, промывку, сушку, прокаливание, формовку.

3. Химические препараты для улучшения структуры почв и земель и их реабилитации.

Химическая мелиорация почв. Задачей химической мелиорации является коренное улучшение химического состояния и структуры почв при помощи специальных веществ — химических мелиорантов.

Каждое сельскохозяйственное растение нормально развивается и дает хороший урожай при оптимальном для этого растения значении среды почвенного раствора (рН), причем большинство растений предпочитают почвы с нейтральной или близкой к нейтральной реакцией среды.

При помощи химических мелиорантов можно регулировать реакцию почвенного раствора и создавать наиболее благоприятные условия для возделывания сельскохозяйственных культур.

Подавляющее большинство пахотных земель России относится к кислым почвам, которые без химической мелиорации являются малопродуктивными. Неблагоприятные свойства кислых почв могут быть устранены в том случае, если содержащиеся в почвенном поглощающем комплексе этих почв ионы водорода и алюминия будут замещены ионами кальция. Для этих целей используют известь СаСО3, вследствие чего данный метод мелиорации получил название известкования.

Известкование повышает рН почвенного раствора и значительно улучшает многие свойства почвы, в результате чего существенно повышается урожайность сельскохозяйственных культур.

Почвы, имеющие высокие значения рН почвенного раствора, в природе встречаются намного реже, чем кислые. Однако эти почвы распространены в более южных регионах России с максимально подходящими для выращивания большинства сельскохозяйственных культур климатическими условиями. Кроме того, щелочная реакция крайне неблагоприятна для растений, которые практически не могут расти при значениях рН почвенного раствора более 8.

Для нейтрализации щелочности, обусловленной присутствием в почве карбонатов и гидрокарбонатов натрия (Na2C03 и NaHC03), используют слабые растворы различных кислот, чаще — серной кислоты. Такой метод химической мелиорации носит название кислова- ния. Кроме кислоты, аналогичное действие оказывают гидролитически кислые соли, которые вследствие реакции гидролиза образуют кислоты. В качестве подобного мелиоранта на щелочных почвах используют железный купорос.

Химическую мелиорацию целесообразно применять и для улучшения свойств солонцовых почв. Солонцовые почвы отличаются крайне неблагоприятными для растений свойствами, обусловленными присутствием в почвенном поглощающем комплексе (ППК) этих почв значительных количеств ионов натрия. Именно повышенное содержание в почве ионов натрия вызывает процесс осолонцевания почв, в результате чего образуются солонцы, обладающие плохими водно- физическими свойствами. Эти почвы отличаются высокой вязкостью, липкостью, сильным набуханием во влажном состоянии и способностью к уплотнению при иссушении, а также слабой физиологической доступностью влаги.

Мелиорация солонцовых почв проводится методом гипсования, то есть внесением гипса CaS04 2H20. При этом происходит замещение двух ионов натрия, входящих в состав ППК, на один ион кальция гипса. В результате гипсования свойства солонцов значительно улучшаются, и эти почвы становятся пригодными для выращивания сельскохозяйственных растений.

Защита окружающей среды при химизации сельского хозяйства

Под химизацией сельского хозяйства понимают научно обоснованную систему мероприятий по увеличению или восполнению естественного плодородия земель путем применения химических удобрений, повышению продуктивности животноводства с помощью химических добавок к кормам, а также по борьбе с вредителями и болезнями с помощью пестицидов.

Необходимость применения химических средств борьбы с болезнями, вредителями растений и сорняками определяется значительным ущербом, причиняемым ими сельскому хозяйству. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), потенциальные потери урожая от вредителей составляют 13,8%, от болезней — 11,6%, от сорняков — 9,5%.

В настоящее время в сельском хозяйстве для борьбы с болезнями и вредителями растений используют целый комплекс мероприятий: агротехнические приемы, выведение устойчивых к вредителям и болезням сортов (в том числе генетически модифицированных), использование биологических, химических и других методов, прямо или опосредованно влияющих на вредителей культурных растений. Однако при современном состоянии сельскохозяйственного производства наиболее эффективен химический метод, основанный на применении пестицидов, обеспечивающих надежную защиту урожая и высокую экономичность.

Побочными негативными последствиями химической мелиорации являются загрязнение окружающей среды и причинение вреда здоровью человека, лесной растительности, дикому животному миру, рыбным запасам. Обладая биологической активностью, пестициды вызывают гибель не только вредных, но и полезных организмов. Поэтому в настоящее время уделяется большое внимание созданию препаратов избирательного действия, направленных только против вредных организмов. Действие этих препаратов основывается на биохимических различиях организмов. Однако в настоящее время основным мероприятием, предупреждающим вредное воздействие пестицидов на объекты окружающей среды, является строгий контроль за их использованием и накоплением в различных объектах, а также соблюдение требований по технике безопасности при производстве, хранении, транспортировке и применении пестицидов.

Основным требованием, предъявляемым к химическим препаратам, является их малая токсичность для теплокровных животных и человека. Каждый новый препарат, предлагаемый для борьбы с вредителями и болезнями растений, предварительно всесторонне изучается в опытах на лабораторных животных, и на основании полученных результатов органы здравоохранения принимают решение о возможности применения данного ядохимиката. Специально уполномоченные государственные органы регулируют использование химических веществ в сельском хозяйстве, ведут учет и регистрацию химических препаратов, выдают разрешения на их применение, которое в обязательном порядке нормируется.

Список химических препаратов, разрешенных для применения в сельском хозяйстве, периодически пересматривается и утверждается. Одновременно даются обязательные рекомендации по применению новых препаратов, устанавливаются нормы расхода препарата, сроки его применения, интервалы между последней обработкой и сбором урожая, содержание препарата в воздухе рабочей зоны, атмосферном воздухе, остаточные количества химических веществ в продуктах питания растительного и животного происхождения.

Ассортимент применяемых пестицидов постоянно совершенствуется, запрещается применение токсичных химикатов, не подвергающихся дальнейшему распаду в почве и активно воздействующих на организм человека и окружающую среду, стойкие высокотоксичные препараты заменяются менее стойкими, сравнительно быстро разлагающимися под влиянием света, микроорганизмов почвы и других факторов и образующими при этом нетоксичные продукты.

Так, в последние годы значительно сократилось применение хлорорганических инсектицидов, способных накапливаться в организме животных и концентрироваться в пищевых цепях. Во многих странах практически полностью прекращено использование ДДТ и ряда других хлорорганических пестицидов.

В настоящее время интенсивно ведутся работы по созданию пестицидов, удовлетворяющих высоким требованиям к современным препаратам. Работы по изысканию эффективных пестицидов проводятся по следующим основным направлениям: 1) изучение пестицид- ных свойств веществ биологического происхождения; 2) сплошной скрининг (испытание) новых синтезированных соединений; 3) моделирование природных соединений; 4) аналоговый синтез с учетом пестицидных свойств уже известных активных веществ; 5) изучение метаболизма и механизма действия органических соединений различных классов; 6) изучение действия органических соединений различных классов на ферментные системы вредных и полезных организмов и выбор веществ с определенной избирательностью действия.

Действующими правилами установлен порядок учета и хранения ядохимикатов. Хранение больших партий пестицидов осуществляется только на специальных складах, имеющих разрешение органов санитарного надзора. Работы по применению пестицидов должны быть механизированы и выполняться только при помощи специальной аппаратуры. Применяемая техника, машины и аппараты должны быть исправны и использоваться только по назначению. По окончании работ машины и другие транспортные средства должны быть тщательно вымыты, вычищены и обезврежены.

Для профилактики возможного вредного влияния пестицидов при их массовом применении большое значение имеет чередование использования препаратов с различным механизмом действия. Это позволяет не только избегать накопления пестицидов в окружающей среде, но и предотвращать возможность появления устойчивых к данным пестицидам вредных организмов.

О начале работ с ядохимикатами предварительно оповещаются жители близлежащих населенных пунктов и соответствующие службы; на границах обрабатываемых участков выставляются единые знаки безопасности для работ с пестицидами, запрещающие проведение полевых работ и нахождение скота и птицы на таких участках до истечения установленных карантинных сроков. При обработке пестицидами должны также предусматриваться меры по охране атмосферного воздуха, источников водоснабжения и почвы. Запрещается авиахимическая обработка участков, расположенных ближе 1 км от населенных пунктов. В целях охраны водных объектов обработка полей, лесов, парков допускается только при наличии 300-метровой санитарно-защитной зоны между обрабатываемым объектом и водоемами санитарно-бытового пользования, при большом уклоне местности в сторону водоема защитная зона увеличивается до 500 м. Для рыбохозяйственных водоемов защитная зона устанавливается шириной не менее 500 м, а в определенных случаях — 2 км.

При несоблюдении норм внесения агрохимикатов в почву или на обработку растений эти ядохимикаты могут попасть в продукты питания. Источником загрязнения последних служат те химические вещества, которые не подвергаются распаду в течение одного производственного цикла. За содержанием остаточных количеств пестицидов в продуктах питания ведется постоянный государственный контроль, который осуществляется специальными лабораториями агрохимической службы. На произведенную продукцию должен быть получен сертификат качества, устанавливающий ее экологическую характеристику и безвредность для здоровья. Сельскохозяйственная продукция на овощебазах и овощехранилищах проверяется на содержание остаточных количеств вредных веществ. Надзор за получением сертификатов качества осуществляют органы санитарно-эпидемиологической службы.