Атмосферные загрязнения

ВВЕДЕНИЕ

Загрязнение атмосферы  – результат выбросов загрязняющих веществ из различных источников. Причинно-следственные связи этого  явления нужно искать в природе  земной атмосферы. Так, загрязнения  переносятся по воздуху от источников появления к местам их разрушающего воздействия; в атмосфере они могут претерпевать изменения, включая химические превращения одних загрязнений в другие, еще более опасные вещества.

Установившееся  содержание загрязнений в воздухе (выбросы) определяет степень разрушающего воздействия на данный регион. Можно сказать, что степень загрязнения атмосферы зависит от числа и массы выбросов.

Оценка результатов  загрязнения атмосферы включает отрицательное воздействие на отдельные  объекты живой природы, т.е. людей, животных, растения; на неживые составляющие природы, включая воду, почву и ландшафт в целом, и на строения и материалы. В более широком смысле в качестве такого отрицательного воздействия можно рассматривать саму загрязненную атмосферу, климат, а также ряд экономических и социальных условий.

В общем плане  концепция загрязнения атмосферы  включает значительное число действий и явлений, ведущих к ухудшению  исходного, природного качества ее.

В более узком  смысле, соответствующем концепции, согласованной в рамках стран, входящих в систему Комекон и ряда других, загрязнение атмосферы понимается как выброс твердых, жидких и газообразных загрязняющих веществ.

Считается, что  загрязняющие вещества – это те, которые оказывают отрицательное  воздействие на окружающую среду  либо непосредственно, после химических изменений в атмосфере, либо в сочетании с другими веществами.

В соответствии с концепцией защиты атмосферы, принятой в некоторых промышленно развитых странах (например, в Германии), загрязнением атмосферы считается прямое или  косвенное введение в нее любого вещества в таком количестве, которое воздействует на качество и состав наружного воздуха, нанося вред людям, живой и неживой природе, экосистемам, строительным материалам, природным ресурсам – всей окружающей среде. В соответствии с этим определением к загрязнению атмосферы следовало бы отнести выброс больших количеств водяного пара от градирен электростанций, если бы это привело к ухудшению видимости из-за тумана, образованию гололедицы на дорогах, повышению коррозионного воздействия атмосферы и т. д.

В рамках Конвенции  по обширным межгосударственным загряз нениям воздуха загрязнением атмосферы, помимо выбросов в воздух материальных частиц, считаются также приводящие к ущербу выбросы энергии. Следовательно, выбросы теплоты шума вибраций и излучений (не только радиоактивных, но и электромагнитных, таких как микроволновые, радарные, ультравысокочастотные, т. е. тех, которые испускаются высоковольтными линиями и т. д.) могут считаться видами загрязнения.

2. ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕИЕ АТМОСФЕРЫ

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы - самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы.

2.1. Основные  загрязняющие вещества

Свой контрольную я начну с обзора тех факторов, которые приводят к ухудшению состояния одной из важнейших cоставляющих биосферы -  атмосферы.  Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако  последствия употребления  огня,  которым он  пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось  мириться с  тем,  что  дым  мешал дыханию и что сажа ложилась  черным покровом на потолке и стенах жилища.  Получаемое тепло  было для  человека важнее,  чем чистый воздух и незакопченные  стены пещеры.  Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы,  ибо  люди  обитали тогда небольшими группами,  занимая неизмерно обширную нетронутую природную среду. И даже  значительное сосредоточение  людей  на сравнительно небольшой  территории, как это было в классической древности,  не сопровождалось еще  серьезными  последствиями.

Так было вплоть до начала  девятнадцатого  века.  Лишь  за  последние сто  лет  развитие промышленности "одарило"  нас такими производственными процессами,  последствия которых  вначале человек  еще не мог себе представить.  Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя.  Все  это  результат великих изобретений и завоеваний человека.

В основном существуют три основных  источника  загрязнения  атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля  каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно  различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное  производство.  Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с  дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия,  особенно цветной металлургии, которые выбрасывают  в  воздухоксилы  азота,  сероводород,  хлор,  фтор,  аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути  и мышьяка;  химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в  воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ,  работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные,  поступающие непосредственно  в атмосферу, и  вторичные,  являющиеся  результатом превращения  последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до  серного ангидрида,  который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты.  При взаимодействии  серного ангидрида с аммиаком  образуются кристаллы сульфата  аммония. Подобным образом, в результате химических,  фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы,  образуются  другие  вторичные  признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более   170%  0ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными   примесями  пирогенного  происхождения  являются  следующие:

3а) Оксид  углерода. Получается при неполном  сгорании углеродистых веществ.  В воздух он попадает в результате  сжигания  твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных  предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее  1250 млн.т. Оксид углерода является соединением,  активно  реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

3б) Сернистый  ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до   170   млн.т. в год).  Часть соединений  серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество  выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида  составило  65 процентов  от общемирового выброса.

3в) Серный  ангидрид. Образуется  при окислении  сернистого  ангидрида. Конечным  продуктом реакции является  аэрозоль  или  раствор серной  кислоты  в дождевой воде,  который подкисляет  почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека.  Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических  предприятий отмечается при низкой облачности и высокой  влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на  расстоянии менее  11 км.  от таких предприятий,  обычно  бывают  густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в  местах оседания капель серной  кислоты.  Пирометаллургические  предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу  1десятки миллионов тонн  серного ангидрида.

3г) Сероводород  и сероуглерод.  Поступают в  атмосферу  раздельно или   вместе в другими соединениями  серы.  Основными источниками выброса являются предприятия  по  изготовлению  искусственного волокна,  сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы.  В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

3д) Окислы  азота. Основными  источниками выброса являются  предприятия, производящие азотные удобрения,  азотную кислоту  и нитраты,  анилиновые красители,  нитросоединения, вискозный  шелк, целлулоид.  Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет  20 млн.т.  в год.

3е) Соединения  фтора.  Источниками  загрязнения   являются  предприятия по производству  алюминия,  эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие  вещества поступают в  атмосферу  в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим  эффектом.  Производные  фтора  являются  сильными инсектицидами.

3ж) Соединения  хлора.  Поступают в атмосферу  от химических  предприятий, производящих  соляную  кислоту,  хлоросодержащие  пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную  известь, соду.  В атмосфере встречаются как примесь  молекулы  хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется  видом соединений и их концентрацией.  В металлургической промышленности при  выплавке  чугуна  и  при  переработке его на  сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых  металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на  11 т.  0передельного чугуна выделяется кроме  12,7 кг.  0сернистого газа и  14,5 кг.  0пылевых частиц,  определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы,  свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных  веществ и цианистого водорода.

2.2. Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями (ПДК)

Приоритет в  области   разработки   предельно   допустимых  концентраций в воздухе  принадлежит  СССР.  ПДК  - такие  концентрации, которые на человека и его потомство прямого  или  косвенного воздействия,  не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а  также  санитарно-бытовых  условий  жизни  людей.  Обобщение всей информации по  ПДК , получаемой всеми ведомствами, осуществляется в  ГГО  -  Главной  Геофизической  Обсерватории . Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций  сравнивают  с  максимальной разовой  предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев,  когда были превышены   ПДК ,  а  также  во  сколько раз наибольшее значение было выше  ПДК . Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с  ПДК   длительного действия - среднеустойчивой  ПДК.  Состояние загрязнение воздуха несколькими веществами,  наблюдаемые в  атмосфере  города, оценивается  с  помощью комплексного показателя -  индекса загрязнения атмосферы (ИЗА).  Для этого нормированные на  соответствующее значения  ПДК  и средние концентрации различных  веществ с помощью  несложных  расчетов  приводят  к  величине  концентраций сернистого ангидрида,  а затем суммируют. Максимальные разовые концентрации  основных  загрязняющих  веществ  были наибольшими  в   Норильске (окислы азота и серы),  Фрунзе   (пыль), Омске (угарный газ).   Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими  веществами  находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации  характерны для городов с численностью населения  1 более 500 тыс. жителей.  0Загрязнение воздуха специфическими веществами  зависит  от вида промышленности,  развитой в  городе.  Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности,  то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха,  однако проблема снижения  выбросов  многих специфических веществ до сих пор остается нерешенной.

2.3. Фотохимический  туман (смог)

Фотохимический туман представляет собой  многокомпонентную  смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят  озон,  оксиды азота  и серы,  многочисленные органические соединения  перекисной природы,  называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических  реакций при определенных условиях:  наличии в атмосфере высокой концентрации  оксидов азота,  углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации  и  безветрия  или  очень слабого  обмена воздуха в приземном слое при мощной и в  течение не менее суток повышенной инверсии.  Устойчивая  безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации  реагирующих  веществ.

Такие условия  создаются  чаще  в июне-сентябре и реже зимой.  При продолжительной  ясной погоде солнечная радиация  вызывает  расщепление молекул  диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода.  Атомарный кислород с молекулярным  кислородом дают озон.  Казалось бы,  последний, окисляя оксид  азота, должен снова превращаться в  молекулярный  кислород,  а  оксид азота - в диоксид.  Но этого не происходит. Оксид азота  вступает в реакции с олефинами выхлопных газов,  которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида  азота расщепляются и дают дополнительные количества озона.  Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в  ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами.  В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для  фотохимического тумана  оксиданты.  Последние являются источником так  называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном,  Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы  и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм  человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских  жителей с ослабленным здоровьем.

2.4.  Аэрозольное загрязнение атмосферы

     Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы,  находящиеся во  взвешенном состоянии в воздухе.  Твердые компоненты аэрозолей  в ряде случаев особенно опасны для организмов,  а у людей вызывают специфические  заболевания.  В  атмосфере  аэрозольные  загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная  часть  аэрозолей образуется в атмосфере при  взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с  водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет  11-5   1мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около  11 куб.км.  0 пылевидных частиц искусственного  происхождения.  Большое  количество пылевых частиц образуется также в ходе  производственной деятельности людей.  Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже: