Оценка загрязнения воздушного бассейна крупных городов

        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.