Мониторинг состояния атмосферы: цели, задачи, методы

Администрация городского округа г.Самара

АМОУ  ВПО Самарская Академия Государственного и

Муниципального  Управления

Кафедра Кадастра и геоинформационных технологий

Реферат по дисциплине

Мониторинг  и охрана городской  среды

на  тему:

«Мониторинг состояния атмосферы:

       цели, задачи, методы» 
 
 
 

Выполнила:

студентка 4 курса 

специальности «ГК»

Беляева В.И 481-Д группа

Проверила:

Васильева Д.И.

Оценка: 
 
 
 
 

Самара

2012 
 

Содержание 

Введение_______________________________________________________3

1. Классификация источников загрязнения._________________________6

2. Нормирование качества атмосферного воздуха____________________8

3. Характеристика загрязняющих атмосферу веществ________________10

Вывод________________________________________________________12

Список  литературы______________________________________________13 

Введение 

     Атмосфера — внешняя газовая оболочка Земли, механическая смесь разных газов, водяных паров и твердых (аэрозольных) частиц.

     Атмосферный воздух необходим для дыхания  живых организмов (существ), используется в технологических процессах  горения и плавки как сырье  для получения кислорода, азота, инертных газов, оксида углерода. Атмосфера  является средой для размещения газообразных отходов производства. Под действием  атмосферных осадков, солнечной радиации и в результате леса воздушных масс атмосферный воздух избавляется от посторонних примесей. Этот процесс называется самоочищением атмосферы.

     Атмосфера выполняет следующие функции:

1.содержит  кислород, необходимый для дыхания  живых организмов;

2.является  источником углекислого газа  для фотосинтеза растений;

3.защищает  живые организмы от космических  излучений;

4.сохраняет  тепло Земли и регулирует климат;

5.трансформирует  газообразные продукты обмена  веществ;

6.переносит  водяные пары по планете;

7.является  средой обитания летающих форм  организмов;

8.служит  источником химического сырья  и энергии;

9.принимает  и трансформирует газообразные  и пылевидные отходы.

     Состав  атмосферы находится в состоянии  динамического равновесия, поддерживаемого  такими климатическими факторами, как  перемещение воздушных масс (ветер  и конвекция) и атмосферные осадки, жизнедеятельность животного и  растительного миров, особенно лесов  и планктона мирового океана, а  также в результате космических  процессов, геохимических явлений  хозяйственной деятельности человека.

Общая масса атмосферы составляет 5,14-1015 т. Около 50% массы атмосферы приходится на нижний слой толщиной около 5 км. Масса  слоя толщиной 30 км составляет 99% всей массы атмосферы.

По вертикали  атмосфера имеет слоистое строение. Выделение отдельных слоев (табл..1) основано на изменении температуры  с высотой.

Таблица.1. Характеристика основных зон, выделяемых в  атмосфере

Температура, °С

     Верхняя граница атмосферы четко не выделяется. Она переходит постепенно в космическое  пространство.

     Осредненная температура атмосферы на средних  широтах уменьшается линейно  с высотой до отметки 11 км. При  этом средняя температура уровне моря принимается равной 288 К, а на высоте 11 км — 216,7 К.

     Различия  в нагревании воздуха приводят к  горизонтальным градиентам давления, которые, в свою очередь, являются причиною конвекций горизонтальных перемещений  воздушных масс.

     На  перемещение воздушных масс воздействует также сила Кориолиса, возникающая  в следствии вращения  Земли; центробежное ускорение, возникающее районах, прилегающих к областям высокого и низкого давления; силы трения, замедляющие движение воздуха вблизи земной поверхности. В северном полушарии движение воздушных потоков вокруг центров высокого давления осуществляется по часовой стрелке с отклонением наружу и вниз от кругового движения. Этот поток получил название нисходящего и является одним из возможных препятствий для рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере.

     При движении воздушных потоков вокруг центров низкого давления вектор скорости направлен внутрь и вверх  от кругового движения против часовой  стрелки. В этом случае загрязняющие вещества из нижних слоев атмосферы  переносятся вверх и рассеиваются в больших объемах воздуха.

При движении воздуха в северном полушарии  против часовой стрелки вокруг центра низкого давления формируется циклон, при движении в направлении часовой  стрелки вокруг центра низкого давления формируется антициклон.

     Цель  мониторинга – непрерывный круглосуточный мониторинг за состоянием атмосферы, отвечающий мировому уровню, а также проведение испытаний, калибровок и сравнений приборов, действующих в обсерваториях. 

      Регулярные  наблюдения, ведущиеся на станции, полностью  автоматизированы. Контроль за работой приборов и считывание данных осуществляются через сеть Интернет. Для авторизованных пользователей возможен доступ к страничке наблюдений в реальном масштабе времени.  

      Станция проводит комплексный мониторинг состава  нижних слоев атмосферы, включающий:

·        непрерывные измерения малых газовых примесей (озон, оксиды углерода и азота, метан, двуокись серы, общее содержание неметановых углеводородов);

·        регулярные измерения концентрации атмосферных аэрозолей в диапазоне 0,01-15 мкм (массовая концентрация, концентрации микродисперсного, субмикронного и сажевого аэрозоля, оптические характеристики, химический и элементный состав);

·        непрерывные измерения  метеорологических параметров (температура, давление, влажность, скорость и направление ветра, солнечная радиация и др.);

·        отбор и анализ анализ проб приземного воздуха на содержание ряда летучих органических соединений (алканы, алкены, ароматические углеводороды и др.)

·        наблюдения за концентрацией и составом биологической аэрозольной фракции в приземном слое атмосферы (пыльца и споры растений, грибы, бактерии).  

      Для обеспечения мониторинга в развитых странах созданы автоматизированные системы контроля загрязнения воздуха (АСКЗВ).

     Задачи, решаемые АСКЗВ:

• автоматическое наблюдение и регистрация концентраций загрязняющих веществ;

• анализ полученной информации с целью определения фактического состояния загрязнения воздушного бассейна;

• принятие экстренных мер по борьбе с загрязнением;

• прогноз уровня загрязнения;

• выработка рекомендаций для улучшения состояния окружающей среды;

• уточнение и проверка расчетов рассеивания примесей.

     АСКЗВ рассчитаны на измерение концентраций одного или нескольких ингредиентов из следующего ряда: SO2; CO; NOx; O3; CmHn; H2S; NH3; взвешенных веществ, а также определения влажности, температуры, направления и скорости ветра.

     Сейчас  происходит постоянное развитие АСКЗВ  путем увеличения числа стационарных станций и применения передвижных  постов наблюдений. Дальнейшее совершенствование  этой системы становится возможным  благодаря пониманию необходимости  глобального контроля над состоянием атмосферы путем объединения  локальных, региональных и национальных служб наблюдения за атмосферой. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Классификация источников загрязнения 

     Загрязнение атмосферы — изменение состава атмосферы в результате попадания в нее примесей.

     Примесь в атмосфере — это рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе.

     Загрязняющее  воздух вещество — это примесь в атмосфере, оказывающая неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье населения.

Поскольку примеси в атмосфере могут претерпевать различные превращения, их можно условно разделить на первичные и вторичные.

     Первичная примесь в атмосфере — примесь, сохранившая за рассматриваемый интервал времени свои физические и химические свойства.

     Превращения примесей в атмосфере — процесс, при котором примеси в атмосфере подвергаются физическим и химическим изменениям под влиянием природных и антропогенных факторов, а также в результате взаимодействия между собой.

     Вторичная примесь в атмосфере — это примесь в атмосфере, образовавшаяся в результате превращения первичных примесей.

     По  воздействию на организм человека загрязнение атмосферы подразделяют на физическое и химическое. К физическому относят: радиоактивное излучение, тепловое воздействие, шум, низкочастотные вибрации, электромагнитные поля. К химическому — наличие химических веществ и их соединений.

     Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ  характеризуются по 4 признакам: по агрегатному состоянию, химическому составу, размеру частиц и массовому расходу выброшенного вещества.

     Загрязняющие  вещества выбрасываются в атмосферу  в виде смеси пыли, дыма, тумана, пара и газообразных веществ.

     Источники выбросов в атмосферу подразделяют на естественные, обусловленные природными процессами, и антропогенные (техногенные), являющиеся результатом деятельности человека.

     К числу естественных источников загрязнения атмосферного воздуха относят пыльные бури, массивы зеленых насаждений в период цветения, степные и лесные пожары, извержения вулканов. Примеси, выделяемые естественными источниками:

• пыль растительного, вулканического, космического происхождения,

продукты  эрозии почвы, частицы морской соли;

• туманы, дым и газы от лесных и степных пожаров;

     Естественные  источники обычно бывают площадными (распределенными) и действуют сравнительно кратковременно. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.

     Антропогенные (техногенные) источники загрязнения атмосферного воздуха, представленные главным образом выбросами промышленных предприятий и автотранспорта, отличаются многочисленностью видов.

Источники выбросов в атмосферу подразделяют на: точечные, линейные и площадные.

     Каждый  из них может быть затененный и  незатененный.

     Точечные  источники— это загрязнения, сосредоточенные в одном месте. К ним относятся дымовые трубы, вентиляционные шахты, крышные вентиляторы.

     Линейные источники имеют значительную протяженность. Это аэрационные фонари, ряды открытых окон, близко расположенные крышные вентиляторы. К ним могут быть также отнесены автотрассы.

     Площадные источники . Здесь удаляемые загрязнения рассредоточены по плоскости промышленной площадки предприятия. К площадным источникам относятся места складирования производственных и бытовых отходов, автостоянки, склады горюче-смазочных материалов.

     Незатененные  или высокие, источники расположены в недеформированном потоке ветра. Это дымовые трубы и другие источники, выбрасывающие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 высоты расположенных по близости зданий и других препятствий.

     Затененные  источники расположены в зоне подпора или аэродинамической тени здания или другого препятствия.

     Источники выбросов загрязняющих веществ в  атмосферу подразделяют на организованные и неорганизованные.

     Из  организованного источника загрязняющие вещества поступают в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды трубы.

     Неорганизованный  источник выделения загрязняющих веществ образуется в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу пыли и газов, в места загрузки, выгрузки или хранения продукта. К неорганизованным источникам относят автостоянки, склады горюче-смазочных или сыпучих материалов другие площадные источники. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Нормирование качества  атмосферного воздуха 

     Для количественной оценки содержания примеси  в атмосфере используется понятие  концентрации — количества вещества, содержащегося в единице объема воздуха, приведенного к нормальным условиям.

     Качество  атмосферного воздуха — это совокупность его свойств, определяющая степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом. Качество атмосферного воздуха может считаться удовлетворительным, если содержание примесей в нем не превышает предельно допустимых концентраций (ПДК).

     ПДК — это максимально концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении все жизни человека не оказывает на него и на окружающую среду в целом прямого или косвенного воздействия, включая отдаленные последствия. Под прямым воздействием понимается нанесение организму человека временного раздражающего действия, вызывающего ощущение запаха, кашель, головную боль. При накоплении в организме вредных веществ выше определенной доз могут возникать патологические изменения отдельных органов или организма в целом. Под косвенным воздействием понимаются такие изменения в окружающей среде, которые, не оказывая вредного влияния на живые организмы, ухудшают, обычные условия обитания: поражаются зеленые насаждения, увеличивают число туманных дней и т.д.

     Основным  критерием установления нормативов ПДК для оценки качества атмосферного воздуха является воздействие содержащихся в воздухе загрязняющих примесей на организм человека.

     Для оценки качества атмосферного воздуха  установлены две категории ПДК: максимально разовая (ПДКмр) и среднесуточная (ПДКСС).

ПДКМр — основная характеристика опасности вредного вещества. Установлена для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, световой чувствительности, биоэлектрической активности головного мозга) при кратковременном воздействии атмосферных примесей. По этому нормативу оцениваются вещества, обладающие запахом или воздействующие на другие органы чувств человека.

     ПДКСС — установлена для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого влияния вещества на организм человека. Вещества, оцениваемые по этому нормативу, обладают способностью временно или постоянно накапливаться в организме человека.

     К началу 1999 г. по нормативам ПДК оценивалось  около 1000 веществ, которые могут  попадать в атмосферный воздух. ПДК наиболее распространенных загрязняющих веществ приведены в табл.  
 

Таблица 1. ПДК наиболее распространенных веществ

     Перечень  веществ, содержание которых в атмосферном воздухе нормируется, постоянно пополняется. Установлены временные нормативы ПДК загрязняющих веществ в воздухе для древесной растительности (ПДКЛ)

Таблица 2. Нормативы ПДК  л, мг/м3

     Если  вещество оказывает на окружающую природную  среду вредное воздействие в  меньших концентрациях, чем на человека, то при нормировании ходят из порога действия этого вещества на окружающую природу. Воздействие веществ, для  которых не установлены ПДК, оценивается  по ориентировочному безопасному уровню воздействия загрязняющего атмосферу  вещества (ОБУВ). ОБУВ — временный  гигиенический норматив для загрязняющего  атмосферу вещества, устанавливаемый  расчетным методом для лей  проектирования промышленных объектов. 

     3.Характеристика загрязняющих атмосферу веществ 

     Наиболее  распространенными загрязняющими  веществами, поступающими в атмосферный  воздух от техногенных источников, являются: оксид углерода СО; диоксид серы SO2; оксиды азота NOx; углеводорода CmHn; пыль.

     Оксид углерода (СО) — самая распространенная и наиболее значительная примесь атмосферы, называемая в быту угарным газом. Содержание СО в естественных условиях от 0,01 до 0,2 мг/м3. Основная масса выбросов СО образуется в процессе сжигания органического топлива, прежде всего в двигателях внутреннего сгорания. Содержание СО в воздухе крупных городе колеблется в пределах 1— 250 мг/м3, при среднем значении 20 мг/м3. Наиболее высокая концентрация СО наблюдается на улицах и площадях городов с интенсивным движением, особенно у перекрестков. Высокая концентрация СО в воздухе приводит к физиологическим изменениям в организма человека, а концентрация более 750 мг/м3 — к смерти. СО — исключительно агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином крови, образует карбоксигемоглобин. Состояние организма при дыхании воздухом, содержащим угарный газ, характеризуется данными в табл.

     Степень воздействия СО на организм человека зависит также от длительности воздействия (экспозиции) и вида деятельности человека. Например, при содержании СО в воздухе 10—50 мг/м3, которое наблюдается на перекрестках улиц больших городов, при экспозиции ~ 60 мин отмечаются нарушения, приведенные в п.1, а при экспозиции от 12 часов до 6 недель — в п.2. При тяжелой физической работе отравление наступает в 2—3 раза быстрее. Образование карбоксигемоглобина — процесс обратимый, через 3—4 ч содержание его в крови уменьшается в 2 раза. Время пребывания СО в атмосфере составляет 2—4 месяца.

     Диоксид серы (SO2) — бесцветный газ с острым запахом. На его долю приходится до 95% от общего объема сернистых соединений, поступающих в атмосферу от антропогенных источников. До 70% выбросов SO2 образуется при сжигании угля, мазута — порядка 15%.

     При концентрации диоксида серы 20—30 мг/м3 раздражается слизистая оболочка рта  и глаз, во рту возникает неприятный привкус. Весьма чувствительны к SO2 хвойные леса. При концентрации SO2 в воздухе 0,23—0,32 мг/м3 в результате нарушения фотосинтеза происходит усыхание хвои в течение 2— 3 лет. Аналогичные изменения у лиственных деревьев происходят при концентрациях SO2 0,5—1 мг/м3.

     Основной  техногенный источник выбросов углеводородов (CmHn — пары бензина, метан, пентан, гексан) — автотранспорт. Его удельный вес составляет более 50% от общего объема выбросов. При неполном сгорании топлива происходит также выброс циклических углеводородов, обладающих канцерогенными свойствами. Особенно много канцерогенных веществ содержится в саже, выбрасываемой дизельными двигателями. Из углеводородов в атмосферном воздухе наиболее часто встречается метан, что является следствием его низкой реакционной способности. Углеводороды обладают наркотическим действием, вызывают головную боль, головокружение. При вдыхании в течение 8 часов паров бензина с концентрацией более 600 мг/м3 возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле.

     Оксиды  азота (NOX) образуются в процессе горения при высоких температурах путем окисления части азота, находящегося в атмосфере. Под общей формулой NOX обычно подразумевают сумму NOи NO2.

Основные  источники выбросов NOx: двигатели внутреннего сгорания, топки промышленных котлов, печи.

     NO2 — газ желтого цвета, придающий  воздуху в городах коричневатый  оттенок. Отравляющее действие  NOx начинается с легкого кашля. При повышении концентрации кашель усиливается, начинается головная боль, возникает рвота. При контакте NOx с водяным паром, поверхностью слизнете оболочки образуются кислоты HNO3 и HNO2, что может привести к отеку легких. Продолжительность нахождения NO2 в атмосфере — около 3 суток

     Размер  пылинок колеблется от сотых долей до нескольких десятков мкм Средний размер частиц пыли в атмосферном воздухе — 7—8 мкм. Пыль оказывает вредное воздействие на человека, растительный и животный мир, поглощает солнечную радиацию и тем самым влияет на термический режим атмосферы и земной поверхности. Частицы пыли служат ядрами конденсации при образовании облаков и туманов. Основные источники образования пыли: производство строительных материалов, черная и цветная металлургия (оксиды железа, частицы А1, Си, Zn), автотранспорт, пылящие и тлеющие места складирования бытовых и производственных отходов. Основная масса пыли вымывается из атмосферы осадками.

     Выбросы, содержащие примеси в виде частиц пыли, дыма, тумана или пара, называются аэрозолями. Общее число разновидностей загрязняющих атмосферу аэрозолей составляет несколько сотен.  
 

Вывод 

     Первый  от поверхности Земли слой атмосферы  — тропосфера является неравновесной  химически активной системой. В ней  непрерывно идут процессы, вызывающие изменение концентрации примесей в  атмосферном  воздухе. Знания о механизмах и скорости процессов поступления  выбросов из природных и антропогенных  источников, переноса в другие сферы (воду, почву) или трансформации в  атмосфере позволяют составить баланс атмосферной части глобального кругооборота веществ в природе.