Основные загрязнители атмосферы. Меры борьбы с загрязнением

Федеральное агенство по образованию  РФ

Рубцовский  индустриальный институт

ГОУ ВПО « Алтайский  государственный  технический университет  им. И.И. Ползунова» 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

По  дисциплине: экология

Тема: «Основные загрязнители атмосферы. Меры борьбы с загрязнением». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила студентка

                                                                                      группы ЭиУ – 01з

                                                                             Смелых К.П.

                                                                          Проверила:

                                                                                             Чернецкая Н.А. 
 
 
 
 

Рубцовск 2011 
 

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

1. Понятие атмосферы……………………………………………………….5
2. Основные загрязнители атмосферы……………………………………..11
3. Организация охраны атмосферы………………………………………...14
4. Минимизация последствий загрязнения атмосферы…………………..15
5. Экологические последствия загрязнения атмосферы………………….16

Заключение………………………………………………………………………21

Список  литературы……………………………………………………………...22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение.  

     Под экологическими проблемами в наше время, как правило, понимают все сильнее  нарастающее критическое состояние  окружающей среды, которое в первую очередь вызвано всевозможной деятельностью всего человечества. Начавшиеся в прошлом веке революционные прорывы в развитии таких производственных сфер как транспорт, энергетика, машиностроение, химия и многих других, неминуемо привели к тому, что данная человеческая деятельность по своим масштабам превысила естественные энергетические и материальные процессы, происходящие в биологической сфере планеты.

       Последствия такой деятельности  в первую очередь проявляются  на общем экологическом состоянии  нашей планеты. Экологические процессы в биологической сфере планеты полностью взаимосвязаны и неразрывны. Поэтому нарушение одних процессов влечет за собой различные сдвиги в других экологических системах планеты. Каждый год из недр земли безвозвратно извлекается более ста миллиардов тонн различных полезных ископаемых, вносится в почву свыше пятисот миллионов тонн всевозможных минеральных удобрений и порядка трех миллионов тонн всевозможных ядохимикатов.

     Треть всех этих химикатов естественным (или  промышленным) путем смывается поверхностными стоками в различные водоемы, либо задерживается атмосферой планеты. На сегодняшний день достаточно быстрыми темпами увеличивается концентрация СО₂ в атмосфере планеты. Пока данная концентрация не превышает один процент (его превышение считается опасным для здоровья человека), но если не начать предпринимать меры уже сейчас, то это неминуемо приведет к ее превышению. Проблема истощения таких ресурсов как водные с очень высоким водопотреблением и загрязнением подземных и поверхностных вод.

     Вследствие  чего во многих районах мира наблюдается  острый дефицит воды. Очень сильно жителей планеты тревожит такая проблема как наличие необходимых земельных ресурсов. Уменьшение земельного фонда, прежде всего, вызвано разного рода строительством, горнопромышленными разработками, эрозией и засолением почв и все более усиливающимся опустыниванием различных территорий. Особо остро стоит проблема очень быстрого сокращения всевозможных лесных площадей, особенно это касается тропических лесов.

     Если  исходить из официальных данных, то за последние тридцать лет площадь  лесов сократилось на один миллиард гектар – это 20% совокупной площади  всех лесов на планете. Помимо этого существуют и такие глобальные экологические проблемы современности как, например:

     - разрушение озонового слоя;

      - загрязнение Мирового океана;

      - радиоактивное загрязнение территории  планеты;

      - уменьшение разнообразия флоры  и фауны планеты.

     Данный  список можно продолжать еще достаточно долго, главное то, чтобы человечество поняло важность и необходимость последовательного решения насущных экологических проблем, которое приведет к снижению его негативного воздействия на природу в целом, а также каждого человека в отдельности.

     Цель  данной работы – раскрыть понятие  атмосферы, показать основные источники ее загрязнения.

     Задачи:

     - показать пути минимизации загрязнения  атмосферы;

     - определить последствия этих  загрязнений на жизнь людей,  животных     и растений. 
 
 

1. Понятие атмосферы.

     Атмосфера – это газовая оболочка (воздух), окружающая земной шар и связанная с ним силой тяжести. Она представляет собой смесь газов, водяного пара и примесей (аэрозолей). По составу воздух у поверхности земли содержит 78% азота (N₂) и около 21% кислорода (О₂), т.е. на эти два элемента приходится около 99% объема воздуха. Заметная доля принадлежит аргону (Аr) – 0,9%. Важные составные части атмосферы – озон (О₃), углекислый газ (СО₂), а также водяной пар. Значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности земли и атмосферы.

     Углекислый  газ является одной из важнейших  составных частей питания растений. Он поступает в атмосферу в  результате процессов горения, дыхания  живых организмов и гниения, расходуется же в процессе усвоения его растениями.

     Озон, большая часть которого сосредоточена  в так называемом озоновом слое (озоновый экран), служит естественным поглотителем ультрафиолетового излучения Солнца, губительного для живых организмов.

     Содержание водяного пара в атмосфере колеблется в широких пределах: оно близко к нулю при очень низких температурах и может достигать 4% при высоких температурах.

     В состав атмосферного воздуха входят также многочисленные взвешенные в  нем твердые и жидкие примеси – так называемые аэрозоли. Они имеют естественное и искусственное (антропогенное) происхождение (пыль, сажа, пепел, кристаллики льда и морской соли, капельки воды, микроорганизмы и т.д.).

     Характерным свойством атмосферы можно назвать  то, что содержание по крайней мере основных газов (N₂, О₂, Ar) с высотой изменяется незначительно. Так, на высоте 65 км в атмосфере содержание азота – 86%, кислорода – 19, аргона – 0,91, а на высоте 95 км – 77, 21,3 и 0,82% соответственно. Постоянство состава атмосферного воздуха как по вертикали, так и по горизонтали поддерживается его перемешиванием.

     Современный состав воздуха Земли установился  по крайней мере несколько сотен  миллионов лет назад и оставался  неизменным до тех пор, пока резко  не возросла производственная деятельность человека. В текущем столетии отмечается увеличение содержания СО₂ по всему земному шару примерно на 10 – 12%.

     Атмосфера имеет сложное строение. В соответствии с изменением температуры с высотой  выделяют четыре слоя: тропосферу (до 12 км), стратосферу (до 50 км), верхние слои атмосферы, в которые входят мезосфера (до 80 км) и термосфера, постепенно переходящая в межпланетное пространство. В тропосфере и мезосфере температура воздуха с высотой понижается, а в стратосфере и термосфере, наоборот, повышается.

     Тропосфера  – нижний слой атмосферы, высота которого изменяется от 8 км над полюсами до 17 км над экватором (в среднем 12 км). В ней сосредоточено до 4/5 всей массы атмосферы и почти весь водяной пар. В составе воздуха  преобладают азот, кислород, аргон и углекислый газ. Воздух тропосферы нагревается от земной поверхности – поверхности воды и суши. В тропосфере воздух постоянно перемешивается. Конденсируются водяные пары, образуются туманы и облака, выпадают дожди, происходят грозы и бури. Температура с высотой убывает в среднем на 0,6° С на каждые 100 м, а на верхней границе она составляет -70°С в районе экватора и -65°С над Северным полюсом.

     Стратосфера – второй слой атмосферы, расположенный  над тропосферой. Он простирается до высоты 50 км. Газы в стратосфере постоянно перемешиваются, в нижней ее части наблюдаются устойчивые так называемые струйные течения воздуха скоростью до 300 км/ч. Цвет неба в стратосфере кажется не голубым, как в тропосфере, а фиолетовым. Это объясняется разреженностью воздуха, в результате которой солнечные лучи почти не рассеиваются. В стратосфере очень мало водяных паров, нет активных процессов облакообразования и осадков. Изредка в стратосфере на высоте » 30 км в высоких широтах возникают тонкие яркие облака, называемые перламутровыми. Именно в стратосфере, примерно на высоте 20-30 км выделяется слой максимальной концентрации озона – озоновый слой (озоновый экран, озоносфера). Благодаря озону температура в стратосфере и на верхней границе оказывается в пределах +50 +55°С.

     Выше стратосферы располагаются высокие слои атмосферы – мезосфера и термосфера.

     Мезосфера – средняя сфера простирается от 40-45 до 80-85 км. Цвет неба в мезосфере  кажется черным, днем и ночью видны  яркие немерцающие звезды. Температура  снижается до 75-90° С ниже нуля.

     Термосфера  простирается от мезосферы и выше. Ее верхнюю границу предполагают на высоте 800 км. Преимущественно состоит  из ионов, образовавшихся под влиянием космических лучей, действие которых  на молекулы газа приводит к их распаду  на заряженные частицы атомов. Слой ионов в термосфере называют ионосферой, для которой характерна высокая наэлектризованность и от которой, как от зеркала, отражаются длинные и средние радиоволны. В ионосфере возникают полярные сияния – свечение разреженных газов под влиянием электрически заряженных летящих от Солнца частиц.

     Термосфера  характеризуется нарастающим повышением температуры: на высоте 150 км она достигает 220-240° С; на высоте 500-600 км превышает 1500°С.

     Выше  термосферы (т.е. выше 800 км) расположена  внешняя сфера, сфера рассеивания – экзосфера, простирающаяся до нескольких тысяч километров.

     Условно считается, что атмосфера простирается до высоты 3000 км. 
 
 

     2. Основные загрязнители  атмосферы.

     Различные негативные изменения атмосферы Земли связаны главным образом с изменением концентрации второстепенных компонентов атмосферного воздуха.

     Существует  два главных источника загрязнения  атмосферы: естественный и антропогенный. Естественный источник - это вулканы, пыльные бури, выветривание, лесные пожары, процессы разложения растений и животных.

     К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы относятся предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, различные машиностроительные предприятия.

     Загрязнение атмосферы — привнесение в  атмосферный воздух новых нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение их естественной концентрации.

     Основные  загрязнители атмосферного воздуха:

     - оксид углерода,

     - оксиды азота,

     - диоксид серы,

     - углеводороды,

     - альдегиды,

     - тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr),

     - аммиак;

     - атмосферная пыль.

     Окись углерода (СО) – бесцветный газ, не имеющий  запаха, известен также под названием  «угарный газ». Образуется в результате неполного сгорания ископаемого  топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода и при низкой температуре. При этом 65% от всех выбросов приходится на транспорт, 21% - на мелких потребителей и бытовой сектор, а 14% - на промышленность. 

     При вдыхании угарный газ за счёт имеющейся  в его молекуле двойной связи  образует прочные комплексные соединения с гемоглобином крови человека и тем самым блокирует поступление кислорода в кровь.

     Двуокись  углерода (СО₂) – или углекислый газ, - бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, продукт полного окисления углерода. Является одним из парниковых газов.

     Двуокись  серы (SO₂) (диоксид серы, сернистый ангидрид) - бесцветный газ с резким запахом. Образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, в основном угля, а также при переработке сернистых руд. Он, в первую очередь, участвует в формировании кислотных дождей. Общемировой выброс SO₂ оценивается в 190 млн. тонн в год. Длительное воздействие диоксида серы на человека приводит вначале к потере вкусовых ощущений, стесненному дыханию, а затем – к воспалению или отеку лёгких, перебоям в сердечной деятельности, нарушению кровообращения и остановке дыхания.

     Окислы  азота (оксид и диоксид азота) – газообразные вещества: монооксид  азота NO и диоксид азота NO₂ объединяются одной общей формулой NOх . При всех процессах горения образуются окислы азота, причем большей частью в виде оксида. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идет образование окислов азота. Другим источником окислов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 65 млн. тонн в год. От общего количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота на транспорт приходится 55%, на энергетику – 28%, на промышленные предприятия – 14%, на мелких потребителей и бытовой сектор – 3%.

     Озон (О₃) – газ с характерным запахом, более сильный окислитель, чем кислород. Его относят к наиболее токсичным из всех обычных загрязняющих воздух примесей. В нижнем атмосферном слое озон образуется в результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений.

     Углеводороды  – химические соединения углерода и водорода. К ним относят тысячи различных загрязняющих атмосферу  веществ, содержащихся в несгоревшем  бензине, жидкостях, применяемых в химчистке, примышленных растворителях и т.д.

     Свинец (Pb ) – серебристо-серый металл, токсичный  в любой известной форме. Широко используется для производства красок, боеприпасов, типографского сплава и т.п. около 60%мировой добычи свинца, ежегодно расходуется для производства кислотных аккумуляторов. Однако основным источником (около 80%) загрязнения атмосферы соединениями свинца являются выхлопные газы транспортных средств, в которых используется этилированный бензин.

     Промышленные пыли в зависимости от механизма их образования подразделяются на 4 класса:

     - механическая пыль – образуется  в результате измельчения продукта  в ходе технологического процесса;

     - возгоны – образуются в результате  объёмной конденсации паров веществ  при охлаждении газа, пропускаемого через технологический аппарат, установку или агрегат;

     - летучая зола – содержащийся  в дымовом газе во взвешенном  состоянии несгораемый остаток  топлива, образуется из его  минеральных примесей при горении;

     - промышленная сажа – входящий в состав промышленного выброса твёрдый высокодисперсный углерод, образуется при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.

     Основными источниками антропогенных аэрозольных  загрязнений воздуха являются теплоэлектростанции (ТЭС), потребляющие уголь. Сжигание каменного угля, производство цемента и выплавка чугуна дают суммарный выброс пыли в атмосферу, равный 170 млн. тонн в год.

     3. Организация охраны атмосферы.

       Для решения проблемы охраны  атмосферы нужно знать ее особенности.  Атмосфера является результатом географических и биологических процессов. Первичным источником атмосферного тепла служит солнечная радиация, которая достигает поверхности Земли в малых долях. Часть этой энергии отражается, а часть поглощается, превращаясь в тепловую. Эта энергия вызывает конвективное движение в атмосфере.

     Атмосфера неоднородна как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Перемещаясь над различными участками  поверхности, воздух изменяет свои физические свойства, то есть происходит трансформация воздуха. Особенно интенсивно трансформируется воздух при его перемещении из одних широт в другие — с суши к океану и наоборот. Зоны, образующиеся при сближении масс воздуха, навевают фронтами. Их ширина относительно невелика. Однако в них концентрируются большие запасы энергии, образуются вихри — циклоны и антициклоны, влияющие на концентрацию ЗВ в атмосфере.

     Организация охраны атмосферного воздуха базируется на сочетании административных и экономических методов управления. Для стационарных источников загрязнения установлен разрешительный порядок: выбросы допускаются на основании разрешений, выдаваемых уполномоченными государственными природоохранными органами, формой разрешения является устанавливаемый для каждого конкретного источника и предприятия ПДВ, пересматриваемый один раз в пять лет, или (до его установления) ВСВ.

     ПДВ определяется расчетным путем, с  использованием типовой методики ОНД-86 и реализующих ее стандартных (сертифицированных) программных средств. За ПДВ (по каждому веществу) принимается выброс, который с учетом мощности источника, климатических характеристик, фонового уровня загрязнения атмосферы не приведет к превышению ПДК в 95% случаев.

     Предприятия, получившие разрешение на выброс, должны обеспечивать его соблюдение и своими силами организовывать контроль источников загрязнения. Первичный контроль над источниками загрязнения атмосферы включает инвентаризацию источников и определение состава и объемов выбросов из них в граммах в секунду и тоннах в год. Объемы выбросов определяют расчетным путем на основе отраслевых нормативов, с учетом продолжительности работы единиц оборудования и удельных выбросов от них и лабораторно-инструментальным путем, на основе отбора и анализа проб отходящих газов. Данные первичного контроля позволяют составлять годовые отчеты (формы 2-ТП воздух), а содержащиеся в них данные об объемах и составе выбросов используются для определения размеров платы предприятия за загрязнение атмосферы (в однократном размере в пределах ПДВ и в пятикратном размере при его превышении или отсутствии). При аварийных выбросах, вызвавших экстремально высокое загрязнение воздуха, вследствие чего наносится ущерб здоровью населения, флоре, фауне, экономике, виновные выплачивают штрафы и компенсации за нанесенный ущерб в административном или судебном порядке.

     Полнота и достоверность отчетов об объемах  и составе выбросов зависит от добросовестности и компетентности природоохранных служб предприятий. Контроль достоверности данных об объемах  и составе выбросов возложен на государственные природоохранные органы. Следовательно, предприятия заинтересованы в снижении платы за загрязнение атмосферы, а государственные природоохранные органы — в полноте ее поступления.

     Внесение  платы за загрязнение не освобождает природопользователей от штрафных санкций и возмещения вреда в случаях аварийного, экстремально высокого загрязнения, от необходимости выполнения природоохранных мероприятий. Возможность снижения платы в случае выполнения природоохранных мероприятий стимулирует предприятия к их реализации. Кроме того, по согласованию с природоохранными органами затраты на природоохранные мероприятия могут входить в платежи за загрязнение. Снижение платы в связи с уменьшением объемов выбросов должно достигаться на основе разработки и реализации планов природоохранных мероприятий. Такие планы представляют собой составные части документации по ПДВ. Из планов природоохранных мероприятий предприятий, а также районных, городских, региональных и федеральных мероприятий, финансируемых за счет соответствующих бюджетов и внебюджетных экологических фондов, складываются разделы целевых комплексных программ охраны окружающей среды, посвященные охране атмосферного воздуха.

     Основные  направления снижения загрязненности атмосферы образуют три большие группы мероприятий:

     - улучшение существующих и внедрение новых, безотходных и малоотходных технологий. Это включает множество конкретных мероприятий, направленных на предотвращение образования загрязняющих веществ заменой высокоотходных технологических процессов на менее отходные, улучшением качества топлива, отказом от использования высокосернистых сортов угля и нефти и т.п. Пути снижения объемов выбросов от предприятий отдельных отраслей рассмотрены выше;

     - использование газоочистительных и пылеулавливающих установок для очистки выбросов от веществ, образование которых не удалось предотвратить технологическими методами. Основные, наиболее распространенные типы пылегазоулавливающих установок — сухие, мокрые, электростатические, адсорберы и поглотители.

     Сухие пылеулавливающие установки включают:

     - тканевые и волокнистые фильтры, металлические камеры с подвешенными внутри фильтровальными рукавами (полотнищами); 

     - пылевые камеры — кирпичные или металлические сооружения, через которые пропускается запыленный газовый поток и где создаются условия для его замедления после прохождения узкой трубы;

     - циклоны. Их принцип действия основан на том, что в металлическом аппарате соответствующей конструкции газопылевому потоку придается вращательно-нисходящее движение и частицы пыли приобретают инерцию. В нижней части (бункере) направление движения газа меняется на противоположное (восходящее), а частицы пыли по инерции оседают. Нередко применяются целые батареи последовательно расположенных циклонов для более полной очистки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4. Минимизация последствий загрязнения атмосферы.

       Вещества, от которых не удалось  избавиться путем совершенствования  технологий и/или очистки выбросов, следует по возможности направлять  туда, где они принесут наименьший  вред. Минимизация последствий атмосферного загрязнения достигается пространственным и временным перераспределением выбросов, рациональным взаимным размещением объектов, являющихся их источниками и реципиентами. Пространственное перераспределение выбросов происходит при помощи строительства высоких дымовых труб, позволяющих рассеять выброс в возможно большем объеме воздуха и, таким образом, снизить концентрации; временное перераспределение — при помощи регламентации работы агрегатов, являющихся источниками загрязнения, с учетом метеорологических ситуаций, что должно предусматриваться планами мероприятий при НМУ. Например, котельные и ТЭЦ могут работать на газовом топливе, когда ветер направлен в сторону жилых районов, и на мазуте или угле в иных ситуациях.

     Ослабление последствий загрязнения атмосферы выбросами от автотранспорта можно достичь путем рациональной организации транспортных потоков. Для этого прокладываются объездные дороги, направляющие транзитный транспорт в объезд населенных пунктов, создаются транспортные развязки и магистрали непрерывного движения, призванные свести к минимуму простои на холостом ходу перед светофорами, и т.п. Для достижения этих же целей административным путем или взиманием платы ограничивается въезд транспорта в районы со сложными экологическими ситуациями. 
 
 
 
 
 

     5. Экологические последствия  загрязнения атмосферы.

     Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами  — от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Во многих случаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регулятор-ные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние и в результате механизм гомеостаза не срабатывает.

     Сначала рассмотрим, как влияет на окружающую природную среду локальное (местное) загрязнение атмосферы, а затем  глобальное.

     Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серьезными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Особенно четко эта связь прослеживается при анализе детской легочной патологии и степени концентрации диоксида серы в атмосфере крупных городов. Согласно исследованиям американских ученых, при уровне загрязнения S0₂ до 0,049 мг/м3 показатель заболеваемости (в человека-днях) населения Нэшвилла (США) составлял 8,1%, при 0,150—0,349 мг/м3 — 12 и в районах с загрязнением воздуха выше 0,350 мг/м3 — 43,.8%. Особенно опасен диоксид серы, когда он осаждается на пылинках и в этом виде проникает глубоко в дыхательные пути.

     Пыль, содержащая диоксид кремния (Si0₂), вызывает тяжелое заболевание легких — силикоз. Оксиды азота раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболочки, например, глаз, легких, участвуют в образовании ядовитых туманов и т. д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т. е. усиление токсичности всей газообразной смеси.