Загрязнение атмосферы. 31
Загрязнение атмосферы
СОДЕРЖАНИЕ:
Введение
Загрязнение атмосферы
Источники загрязнения атмосферы
Химическое загрязнение атмосфе
Аэрозольное загрязнение
атмосферы
Фотохимический туман
Озоновый слой Земли
Загрязнение атмосферы выбросами транспорта 13
Мероприятия по борьбе с выбросами автотранспорта 15
Средства защиты атмосферы
Способы очистки газовых выбросов в атмосферу 18
Охрана атмосферного воздуха
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Стремительный рост численности человечества и его научно-технической
вооруженности в корне изменили ситуацию на Земле. Если в недавнем прошлом
вся человеческая деятельность проявлялась отрицательно лишь на
ограниченных, хоть и многочисленных территориях, а сила воздействия была
несравненно меньше мощного круговорота веществ в природе, то теперь
масштабы естественных и антропогенных процессов стали сопоставимыми, а
соотношение между ними продолжает изменяться с ускорением в сторону
возрастания мощности антропогенного влияния на биосферу.
Опасность
непредсказуемых изменений в
стабильном состоянии биосферы,
которому исторически приспособлены природные сообщества и виды, включая
самого человека, столь велика при сохранении привычных способов
хозяйствования, что перед нынешними поколениями людей, населяющими Землю,
возникла задача экстренного усовершенствования всех сторон своей жизни в
соответствии с необходимостью сохранения сложившегося круговорота веществ и
энергии в биосфере. Кроме того, повсеместное загрязнение окружающей нас
среды разнообразными веществами, подчас совершенно чуждыми для нормального
существования организма людей, представляет серьезную опасность для нашего
здоровья и благополучия будущих поколений.
Загрязнение 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.
В последние годы получены данные о существенной роли для сохранения
биосферы озонового слоя атмосферы, поглощающего губительное для живых
организмов ультрафиолетовое излучение Солнца и формирующего на высотах
около 40 км тепловой барьер, предохраняющий охлаждение земной поверхности.
Атмосфера
оказывает интенсивное
биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую
среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана
атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной
проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых
странах.
Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи,
расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные
заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список
которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и
их совместным воздействием на организм человека. Результаты специальных
исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между
здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная
положительная связь.
Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу – атмосферные
осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана. Поверхностные
и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и
вследствие этого их химический состав зависит в основном от состояния
атмосферы.
Отрицательное
влияние загрязненной
покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих
кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов
фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений. Высокая
чувствительность деревьев (особенно березы, дуба) к загрязнению воздуха
выявлена давно. Совместное действие обоих факторов приводит к заметному
уменьшению плодородия почв и исчезновению лесов. Кислотные атмосферные
осадки рассматриваются сейчас как мощный фактор не только выветривания
горных пород и ухудшения качества несущих грунтов, но и химического
разрушения техногенных объектов, включая памятники культуры и наземные
линии связи. Во многих экономически развитых странах в настоящее время
реализуются программы по решению проблемы кислотных атмосферных осадков. В
рамках Национальной программы по оценке влияния кислотных атмосферных
осадков, учрежденной в 1980 году многие федеральные ведомства США начали
финансировать исследования атмосферных процессов, вызывающих кислотные
дожди, с целью оценки влияния последних на экосистемы и выработки
соответствующих природоохранных мер. Выяснилось, что кислотные дожди
оказывают многоплановое воздействие на окружающую среду и являются
результатом самоочищения (промывания) атмосферы. Основные кислотные агенты
– разбавленные серная и азотная кислоты, образующиеся при реакциях
окисления оксидов серы и азота с участием пероксида водорода.
Источники загрязнения
К природным источникам загрязнения относятся: извержения вулканов,
пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы
морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического
происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве
фонового, который мало изменяется со временем.
Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы –
вулканическая и флюидная активность Земли Крупные извержения вулканов
приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы, о чем
свидетельствуют летописи и современные наблюдательные данные (извержение
вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году). Это обусловлено тем, что в
высокие слои атмосферы мгновенно выбрасываются огромные количества газов,
которые на большой высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью
воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару.
Продолжительность загрязненного состояния атмосферы после крупных
вулканических извержений достигает нескольких лет.
Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной
деятельностью человека. К ним следует отнести:
1. Сжигание горючих ископаемых,
которое сопровождается
т. углекислого газа в год. В результате этого за 100 лет (1860 – 1960 гг.)
содержание СО2 увеличилось на 18 % (с 0,027 до 0,032%). За последние три
десятилетия темпы этих выбросов значительно возросли. При таких темпах к
2000 г. количество углекислого газа в атмосфере составит не менее 0,05%.
2. Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых
углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные
дожди.
3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и
газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к
повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).
4. Производственная деятельность.
5. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и
загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при
сжигании мусора).
6. Выбросы предприятиями различных газов.
7. Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется
самый массовый загрязнитель – монооксид углерода.
8. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств,
сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.
9. Вентиляционные выбросы (шахтные стволы).
10. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из
помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые
источники и атомные реакторы) при ПДК в рабочих помещениях 0,1 мг/м3. В
больших количествах озон является высокотоксичным газом.
При процессах сгорания топлива наиболее интенсивное загрязнение
приземного слоя атмосферы происходит в мегаполисах и крупных городах,
промышленных центрах ввиду широкого распространения в них автотранспортных
средств, ТЭЦ, котельных и других энергетических установок, работающих на
угле, мазуте, дизельном топливе, природном газе и бензине. Вклад
автотранспорта в общее
50 %. Мощным и чрезвычайно опасным
фактором загрязнения
катастрофы на АЭС (Чернобыльская авария) и испытания ядерного оружия в
атмосфере. Это связано как с быстрым разносом радионуклидов на большие
расстояния, так и с долговременным характером загрязнения территории.
Высокая опасность химических и биохимических производств заключается в
потенциальной возможности аварийных выбросов в атмосферу чрезвычайно
токсичных веществ, а также микробов и вирусов, которые могут вызвать
эпидемии среди населения и животных.
В настоящее время
в приземной атмосфере
загрязняющих веществ антропогенного происхождения. Ввиду продолжающегося
роста промышленного и
химические соединения, в том числе сильно токсичные. Главными
антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных
оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи являются сложные органические,
хлорорганические и нитросоединения, техногенные радионуклиды, вирусы и
микробы. Наиболее опасны широко распространенные в воздушном бассейне
России диоксин, бенз(а)пирен, фенолы, формальдегид, сероуглерод. Твердые
взвешенные частицы
гидрослюдой, каолинитом, полевым шпатом, реже сульфатами, хлоридами. В
снеговой пыли специально разработанными методами обнаружены окислы,
сульфаты и сульфиты, сульфиды тяжелых металлов, а также сплавы и металлы в
самородном виде.
В Западной Европе приоритет отдается 28 особо опасным химическим
элементам, соединениям и их группам. В группу органических веществ входят
акрил, нитрил, бензол, формальдегид, стирол, толуол, винилхлорид, а
неорганических – тяжелые
(угарный газ, сероводород, оксиды азота и серы, радон, озон), асбест.
Преимущественно токсическое действие оказывают свинец, кадмий. Интенсивный
неприятный запах имеют сероуглерод, сероводород, стирол, тетрахлорэтан,
толуол. Ореол воздействия оксидов серы и азота распространяется на большие
расстояния. Вышеуказанные 28 загрязнителей воздуха входят в международный
реестр потенциально токсичных химических веществ.
Основные загрязнители воздуха жилых помещений – пыль и табачный дым,
угарный и углекислый газы, двуокись азота, радон и тяжелые металлы,
инсектициды, дезодоранты, синтетические моющие вещества, аэрозоли лекарств,
микробы и бактерии. Японские исследователи показали, что бронхиальная астма
может быть связана с наличием в воздухе жилищ домашних клещей.
Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность,
обусловленная как быстрым перемещением воздушных масс в латеральном и
вертикальном направлениях, так и высокими скоростями, разнообразием
протекающих в ней физико-химических реакций. Атмосфера рассматривается
сейчас как огромный «химический котел», который находится под воздействием
многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и
аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной
способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных
пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при осаждении на
поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть в организм
человека через органы дыхания.
Выявлена тенденция
приземной атмосферы Европейской России свинца и олова; хрома, кобальта и
никеля; стронция, фосфора, скандия, редких земель и кальция; бериллия,
олова, ниобия, вольфрама и молибдена; лития, бериллия и галлия; бария,
цинка, марганца и меди. Высокие концентрации в снеговой пыли тяжелых
металлов обусловлены как
при сжигании угля, мазута и других видов топлива, так и сорбцией сажей,
глинистыми частицами
Время «жизни» газов
и аэрозолей в атмосфере
диапазоне (от 1 – 3 минут до нескольких месяцев) и зависит в основном от их
химической устойчивости размера (для аэрозолей) и присутствия реакционно-
способных компонентов (озон, пероксид водорода и др.).
Оценка и тем более прогноз состояния приземной атмосферы являются очень
сложной проблемой. В настоящее время ее состояние оценивается главным
образом по нормативному подходу. Величины ПДК токсических химических
веществ и другие нормативные показатели качества воздуха приведены во
многих справочниках и руководствах. В таком руководстве для Европы кроме
токсичности загрязняющих веществ (канцерогенное, мутагенное, аллергенное и
другие воздействия) учитываются их распространенность и способность к
аккумуляции в организме человека и пищевой цепи. Недостатки нормативного
подхода – ненадежность принятых значений ПДК и других показателей из-за
слабой разработанности их эмпирической наблюдательной базы, отсутствие
учета совместного воздействия загрязнителей и резких изменений состояния
приземного слоя атмосферы во времени и пространстве. Стационарных постов
наблюдения за воздушным бассейном мало, и они не позволяют адекватно
оценить его состояние в крупных промышленно – урбанизированных центрах. В
качестве индикаторов химического состава приземной атмосферы можно
использовать хвою, лишайники, мхи. На начальном этапе выявления очагов
радиоактивного загрязнения, связанных с чернобыльской аварией, изучалась
хвоя сосны, обладающая способностью накапливать радионуклиды, находящиеся в
воздухе. Широко известно покраснение игл хвойных деревьев в периоды смогов
в городах.
Наиболее чутким и
надежным индикатором
является снеговой покров, депонирующий загрязняющие вещества за
сравнительно длительный период времени и позволяющий установить
местоположение источников пылегазовыбросов по комплексу показателей. В
снеговых выпадениях фиксируются загрязнители, которые не улавливаются
прямыми измерениями или расчетными данными по пылегазовыбросам.
К перспективным направлениям оценки состояния приземной атмосферы
крупных промышленно – урбанизированных территорий относится многоканальное
дистанционное зондирование. Преимущество этого метода заключается в
способности быстро, неоднократно и в «одном ключе» охарактеризовать большие
площади. К настоящему времени разработаны способы оценки содержания в
атмосфере аэрозолей. Развитие научно-технического прогресса позволяет
надеяться на выработку таких способов и в отношении других загрязняющих
веществ.
Прогноз состояния приземной атмосферы осуществляется по комплексным
данным. К ним прежде всего относятся результаты мониторинговых наблюдений,
закономерности миграции и трансформации загрязняющих веществ в атмосфере,
особенности антропогенных и природных процессов загрязнения воздушного
бассейна изучаемой территории, влияние метеопараметров, рельефа и других
факторов на распределение загрязнителей в окружающей среде. Для этого в
отношении конкретного региона разрабатываются эвристичные модели изменения
приземной атмосферы во времени и пространстве. Наибольшие успехи в решении
этой сложной проблемы достигнуты для районов расположения АЭС. Конечный
результат применения таких моделей – количественная оценка риска
загрязнения воздуха и оценка его приемлемости с социально-экономической
точки зрения.
Химическое загрязнение
Под загрязнением атмосферы
поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения.
Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, пыль и аэрозоли. К последним
относятся диспергированные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и
находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии.
К основным загрязнителям
атмосферы относятся
углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие,
способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид
азота, галогенуглероды (фреоны), метан и тропосферный озон.
Основной вклад в высокий
черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии,
энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а в некоторых городах и
котельные.
Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом
выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ, металлургические
предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух
окислы 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% ежегодно
добываемого твердого и жидкого топлива.
Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются
следующие:
а) 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 250 млн. т. Оксид углерода является
соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и
способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового
эффекта.
б) Сернистый ангидрид.
Выделяется в процессе
топлива или переработки сернистых руд (до 70 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 85 процентов от общемирового выброса.
в) 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. Пирометаллургические предприятия цветной и черной
металлургии, а также ТЭС ежегодно
выбрасывают в атмосферу
тонн серного ан гидрида.
г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или
вместе с 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.
д) Оксиды азота. Основными
источниками выброса
производящие; азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые
красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов
азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.
е) Соединения фтора.
Источниками загрязнения
производству алюминия, эмалей, стекла, керамики. стали, фосфорных
удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде
газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция.
Соединения характеризуются
сильными инсектицидами.
ж) 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.
хлора определяется видом соединений и их концентрацией.
В металлургической
его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и
ядовитых газов. Так, в расчете на I т. предельного чугуна выделяется кроме
2,7 кг сернистого газа и 4,5 кг пылевых частиц, определяющих количество
соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов,
смоляных веществ и цианистого водорода.
Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных
источников на территории России составляет около 22 – 25 млн. т. в год.
Аэрозольное загрязнение атмосферы
Из естественных и антропогенных источников в атмосферу ежегодно
поступают сотни миллионов тонн аэрозолей. Аэрозоли - это твердые или жидкие
частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Аэрозоли
разделяются на первичные (выбрасываются из источников загрязнения),
вторичные (образуются в атмосфере), летучие (переносятся на далекие
расстояния) и нелетучие (отлагаются на поверхности вблизи зон
пылегазовыбросов). Устойчивые и тонкодисперсные летучие аэрозоли - (кадмий,
ртуть, сурьма, йод-131 и др.) имеют тенденцию накапливаться в низинах,
заливах и других понижениях рельефа, в меньшей степени на водоразделах.
К естественным источникам относят пыльные бури, вулканические
извержения и лесные пожары. Газообразные выбросы (например, SO2) приводят к
образованию в атмосфере аэрозолей. Несмотря на то, что время пребывания в
