Оценка атмосферы воздуха

  Катастрофические  явления, связанные с извержениями вулканов, пожарами и пыльными бурями, приводят к возникновению светозащитного экрана вокруг Земли, который несколько изменяет тепловой баланс планеты. Но в основном эти явления носят локальный характер. Совсем незначительный местный характер носят загрязнения атмосферного воздуха, связанные с выветриванием и разложением органических веществ.

  Естественные  источники загрязнений бывают либо распределенными, такими как выпадение космической пыли, либо кратковременными стихийными, например, лесные и степные пожары, извержения вулканов и т.п. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.

      В норме природные источники загрязнения  атмосферного воздуха не вызывают существенных качественных изменений воздуха. Интенсивное распространение того или иного природного источника на определенной территории (выбросы пепла и газов вулканами, лесные и степные пожары и др.) могут стать причиной довольно серьезного загрязнения атмосферы.  
Однако природные загрязнители атмосферы в основном не вредны для человечества, так как они соответствуют тем или иным биологическим законам, регулируются кругооборотом веществ в природе и проявляются периодически. 

      1.2.Антропогенные  факторы воздействия  на атмосферу 

      Антропогенное загрязнение – загрязнение окружающей среды, возникающее в результате деятельности людей, в том числе их прямого или косвенного влияния на интенсивность естественного загрязнения.

      Атмосферный воздух загрязняется путем привнесения  в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровня естественного содержания.

      По  своим источникам вещества, загрязняющие атмосферу, представляют собой в основном:

      - продукты сгорания топлива и  сжигания отходов(взвеси, оксид углерода (II), оксид углерода (IV), органические соединения, оксид серы (IV), оксиды азота и т.д. );

      - загрязнители, поступающие в атмосферу   с выхлопными газами транспортных  средств (оксиды азота, углеводороды и продукты их неполного окисления, в том числе СО, тетраэтилсвинец и др.);

      - загрязнители, поступающие в атмосферу  с газовыми выбросами промышленных  предприятий (оксиды серы и азота, соединения тяжелых металлов и др.).

      Основное  загрязнение атмосферы создают  ряд отраслей промышленности, автотранспорт и теплоэнергетика.

      Причем  их участие в загрязнении атмосферы  распределяется следующим образом: черная  и цветная металлургия, нефтедобыча, нефтехимия, выпуск стройматериалов, химическая промышленность - 30%; теплоэнергетика – 30; автотранспорт – 40%.

      Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды 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. Загрязняющие вещества, поступающие в атмосферу непосредственно из источников, называются первичными загрязнителями. Загрязнители, образующиеся из первичных в результате химических превращений в атмосфере, называются вторичными.

      Одна  из наиболее существенных проблем загрязнения атмосферного воздуха в крупных городах связана с вторичными загрязнителями — компонентами так называемого фотохимического смога.

      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 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива.[16]

      Основными вредными примесями пирогенного  происхождения являются следующие:

      а) Оксид 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. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий.

      Воздействует  на нервную и сердечно-сосудистую системы, вызывает удушье. Первичные симптомы отравления СО (появление головной боли) возникает у человека через 2-3 ч.его пребывания в атмосфере, содержащей 200-220 мг/м³ СО.

      б) 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.

      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 десятки миллионов тонн серного ангидрида.

      г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе 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) Окислы азота NO_x.  В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота NO₂. 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. NO  и NO₂ образуется в процессе горения при высокой  t°,  прежде всего в двигателях внутреннего сгорания,  работающих на бензине и дизельном топливе NO₂ разрушается до NO. Под действием ультрафиолета или  при t° > 600°С,  поэтому NO больше в выхлопных газах автомобилей,  чем NO₂.

      Сохраняются эти  газы около трёх суток в атмосфере.  При взаимодействии с H₂O образуется HNO₃ и другие нитраты,  которые возвращаются в почву с осадками.

      е) 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.

      ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты.

     Аэрозоли – мелкодисперсная система, состоящая из твердых частиц (например, пыли и/или жидкости из аэрозольного флакона) взвешенных в воздухе. К аэрозолям относятся дымы, туманы. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Сам по себе туман не опасен для человека, губительным он становится, только если чрезмерно загрязнен токсичными примесями. Главную опасность представляют содержащиеся в нем сернистый газ в концентрации 5-10 г/м и выше. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм.

     Явления образования смога относится  к локальным загрязнениям атмосферы. Принято различать смог лондонского  и лос-анджелесского типов. Причинами образования смога лондонского типа служат высокие концентрации в воздухе сернистого газа, пылевых частиц и тумана. Главным источником загрязнения атмосферы служат продукты сжигания угля и мазута.

     Фотохимический  смог (лос-анджелесский) возникает в результате фотохимических реакций, протекающих под воздействием коротко-волновой (ультрафиолетовой) солнечной радиации на газовые выбросы. Обязательным условием образования смога служит высокая концентрация оксидов азота, углеводородов, галогенов и других соединений, интенсивная солнечная реакция (солнечная погод) и безветрие. В процессе фотохимических реакций возникают новые, более ядовитые вещества, чем сами выбросы. Оновные компоненты фотохимического смога – фотооксиданты: озон, оксиды азота, нитриты, углеводороды, фенолы  и т.д. Эти вещества в незначительном количестве всегда присутствуют в воздухе больших городов, но в фотохимическом смоге их концентрация намного превышает предельно допустимые концентрации (ПДК).

           Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.

     Еще большее разнообразие свойственно  органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях.

     Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород,  образуемых при добыче полезных  ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС.

     Источником  пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс.куб.м. условного оксида углерода и более 150 т. пыли.

     Производство  цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

     К атмосферным загрязнителям относятся  углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они  подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха.

     Обычно  это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно  над источниками газопылевой  эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос  примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.[19]

     Важнейшим загрязнителем городского воздуха является диоксид серы, который образуется при сгорании угля и некоторых видов нефти, содержащих серу. Во влажном воздухе SO₂. Окисляясь и, соединяясь с водой, образует серную кислоту. Выпадая с дождем на землю или удерживаясь в атмосфере с капельками тумана, она разъедает легкие человека и животных, металлы, краски, камни. Диоксид серы – один из наиболее опасных для растений загрязнений атмосферы. Выпадая на землю, так называемые кислотные дожди губят растения, нарушают естественные процессы в наземных и водных экосистемах за счет изменения кислотности (рН).