Виды загрязнения воздушного бассейна

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 1-5 мкм. В атмосферу Земли  ежегодно поступает около 1 куб.км пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых  источниках техногенной пыли приведены  ниже.  
 

Производственный  процесс  

выброс пыли млн.т./год 

Сжигание каменного  угля        

93,60 

Выплавка чугуна 

20,21 

Выплавка меди (без  очистки) 

6,23 

Выплавка цинка 

0,18 

Выплавка олова (без  очистки) 

0,004 

Выплавка свинца 

0,13 

Производство цемента 

53,37 
 
 

Основными источниками  искусственных аэрозольных загрязнений  воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные  частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического  состава. Чаще всего в их составе  обнаруживаются соединения кремния, кальция  и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. 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 шихт, 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 воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает. 

Неблагоприятное действие  веществ, обладающих различными токсичными свойствами, при проникание в организм человека может проявляться в  виде острых или хронических отравлений и другого рода заболеваний. Кроме  того, вещества с генетической активностью  могут оказаться причиной врожденных уродств и дефектов развития. В  дыхательных путях человека задерживается  от 13 до 48% содержащихся в воздухе  примесей. 

Исследования М.С.Гольдберга показали, что травмы глаз, вызываемые летучей золой и другими загрязнениями  воздуха, составляют от 30 до 60% всех глазных  заболеваний. Причем если на периферии  города, в хорошо озелененном районе, такие травмы составляют всего 1,08% всех глазных заболеваний, то  в районе промышленных предприятий-22,95%, а в  районе ТЭЦ-30,3%. 

В ряде случаев загрязнение  воздуха является причиной плохого  самочувствия людей и даже серьезных  заболеваний, иногда имеющих смертельный  исход. Так, например, в  одном из крупнейших городов США Лос - Анжелесе (к 1960 г. в нем было  2497 тыс. населения) с 1943 г. начали возникать  явления  так называемого «смога».  

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.  

Последствия загрязнения  воздуха. 

История мирового здравоохранения  насчитывает несколько катастрофических случаев, связанных с загрязнением воздуха. Так, в декабре 1930 г. в долине реки Маас (Бельгия), где сосредоточено  много промышленных предприятий, наблюдались  сильные туманы при безветрии. Уже  на третий день после такой погоды у населения возникли массовые поражения  дыхательных путей с десятками (около 60) смертельных случаев. 

В октябре 1948 г. в  районе Донора (Пенсильвания, США), также  при полном штиле, загрязнение атмосферы  металлургическими промышленными  предприятиями привело к серьезным  заболеваниям  дыхательных путей  у большего числа жителей этого  района, причем в некоторых случаях  со смертельным исходом. 

В декабре 1952 г. такая  же обстановка сложилась в районе Лондона, где в результате токсического тумана число смертей за две недели декабря на 4000 превысило обычные  показатели. 

Все эти факты  показывают, какое важное значение имеет борьба с загрязнением атмосферного воздуха, особенно если оно сопровождается выделением вредных для человеческого  организма загрязняющих веществ. 

Пыль, дым и газ  снижают напряженность прямой солнечной  радиации и, что особенно важно, уменьшают  количество ультрафиолетовых лучей, которые  являются наиболее ценными в солнечном  спектре. 

Загрязнение атмосферы  снижает продуктивность и плодовитость домашних и диких животных и птиц. Выпадая на почву и водоемы, вредные  примеси, загрязняя атмосферу, ведут  к уничтожению растительности. Под  действием атмосферного загрязнения  происходит разрушение зданий и сооружений, памятников истории, архитектуры, культуры и искусства (металлические конструкции  подвергаются повышенной коррозии, многие строительные материалы разрушаются). Во многих промышленно развитых районах  экономический ущерб от загрязнения  окружающей среды составляет 3-5 % валового национального продукта. 

Автомобильный транспорт. 

Помимо промышленности важным фактором, определяющим уровень  загрязнения в городах, выступает  автомобильный транспорт. Есть основания  считать, что в крупных городах  его доля в общем, количестве вредных  веществ антропогенного происхождения, выбрасываемых в атмосферу, будет  возрастать. 

В выхлопных газах  автомобилей содержится: до 3% угарного газа; 0,06% окиси азота; 0,5% углеводорода; 0,06% окиси серы; 0,004% альдегидов и  т.д. Среди углеводородов некоторые  соединения канцерогенны (например, бензопирен,  бензантрацен). Исключительно вредны для здоровья людей окислы свинца, мышьяковистые и другие соединения, способные накапливаться в тканях живых организмов, приводя к медленному их отравлению. По данным М. Е. Бердлянда, за один год 250 млн. автомобилей мира выбросили в атмосферу около 200 млн. т окиси углерода, 50 млн. т  углеводорода, 20 млн. т азота и  миллионы тонн серного газа, органических веществ, свинца и других элементов. 

В настоящее время  в ряде стран переходят на новый  вид автомобильного топлива с  более высоким октановым числом, что способствует снижению содержания окиси углерода в выхлопных газах, однако оксиды азота и свинец остаются активными компонентами выброса. Резко  повышено содержание свинца и цинка  в почве и растительности вдоль  транспортных магистралей. 

Автомобильному транспорту как источнику загрязнения воздушной  среды присущ ряд отличительных  особенностей. Во-первых, численность  автомобилей в крупных городах  быстро увеличивается, а вместе с  тем непрерывно растет и валовый  выброс вредных продуктов в атмосферу. Во-вторых, в отличии от промышленных источников загрязнения, привязанным  к определенным площадкам и, как  правило, изолированных от жилой  застройки санитарно-защитными зонами, автомобиль - движущийся источник загрязнения, негативное воздействие которого распространяется на жилые районы, места отдыха и  т. п. В-третьих, автомобильный выброс распространяется на уровне дыхания  человека и его рассеяние условиях городской застройки затруднено. И, наконец, современные возможности снижения токсичности выхлопных газов еще не в состоянии обеспечить желаемую степень чистоты воздушного бассейна города. 

К числу серьезных  источников загрязнения атмосферы  относятся самолеты. Один самолет  при перелете на1000 км использует столько  же кислорода, сколько потребляет человек  в течении года, выделяя соответствующее  количество окиси углерода. Реактивный лайнер при перелете из Америки в  Европу за 8 ч потребляет 35 т кислорода. Такое количество производят за то же время примерно 25 тыс. га леса. Летящие  на большой высоте самолеты выбрасывают  окислы азота непосредственно в  нижних слоях стратосферы, где они  вступают в реакции, ведущие к  разрушению озонового экрана планеты, защищающего ее от ультрафиолетового  излучения Солнца. Особенно велико загрязнение атмосферы вблизи аэропортов. 

Мероприятия по уменьшению выбросов. 

В России вопросам охраны атмосферного воздуха уделяется  большое внимание. Ряд специальных  правительственных и ведомственных  постановлений предусматривает  проведение мероприятий по уменьшению выброса в атмосферу загрязняющих веществ и по рациональному размещению промышленных предприятий, с учетом перечисленных факторов. Созданы  специальные заводы, изготовляющие  соответствующую аппаратуру по улавливанию  отходов промышленности, загрязняющих воздух. Эта аппаратура установлена  на тысячах предприятий. Разработка планов мероприятий по борьбе с загрязнением атмосферного воздуха и контроль за проведение этих мероприятий в  жизнь возложены на органы санитарной инспекции. В настоящее время  в России осуществляется обширная программа  практических и научно-исследовательских  работ по охране атмосферного воздуха  от загрязняющих веществ. Создаются  защитные зоны между промышленными  предприятиями и жилыми районами. 

В России законодательные  и практические мероприятия по охране  атмосферного воздуха осуществляется на основе широко поставленных научно-исследовательских  работ, посвященных изучению количественной концентрации загрязнении, попадающего  в него, и дальности их распространения.

Пыль. 

ПЫЛЬ - мельчайшие твердые  частицы, способные некоторое время  находиться в воздухе во взвешенном состоянии. Образуется при рытье  коммуникационных линий, монтаже зданий, отделочных работах, очистке поверхностей и др. Пыль характеризуется химическим составом, размером и формой частиц, их плотностью, электрическими, магнитными и другими свойствами. Степень  измельченности пыли называется ее дисперсностью. Дисперсный состав может быть представлен  в виде таблиц, математических выражений  или графиков. Одна из основных характеристических величин пыли скорость витания частиц, то есть скорость их осаждения под  действием силы тяжести в невозмущенном  воздухе. 

В зависимости от состава пыли изменяется ее вредность; к примеру, наиболее вредным для  человека считается диоксид кремния SiO2 , который вызывает такое заболевание, как силикоз. По химическому же составу  пыль подразделяется на органическую (древесная, хлопковая...), неорганическую (цементная, карбидная...) и смешанную. ПДК колеблется от 1 до 10 мг/кубич.м. 

Результаты исследований количества пылевых загрязнений  в различных районах города приведены  в таблице. 

Точки наблюдения 

Количество пыли 

в г на 1м2 поверхности 

в сутки 

Промышленный район 

1,52 

Район вокзала 

1,16 

Центр города 

0,57 

Парк отдыха 

0,22 

Загородные пункты 

0,15-0,16 
 
 

На основании приведённых  данных можно считать установленными следующие положения: в городе запыленность воздуха значительно выше, чем  вне города; среди зеленых насаждений - значительно ниже, чем в жилых  кварталах; в промышленных районах  города - гораздо выше, чем в жилых  районах. 

Кроме того, количество пыли изменяется в зависимости от влажности воздуха (летом и осенью) и скоростей ветра.  

В. И. Федынский, Ц. П. Кругликова и Т. В. Дышко в упоминавшейся  выше работе выяснили, что разные породы деревьев задерживают листвой не одинаковое количество пыли. Оказалось, например, что запыленность березы  в 2,5 раза, а хвойных пород в 30 раз  больше запыленности осины.