Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологические проблемы загрязнения воздушного бассейна города Алматы

Содержание:

Введение

Атмосферное загрязнение

Основные источники загрязнения атмосферы

Связь между атмосферным загрязнением и круговоротом главных биогенных элементов

Показатели кислотности рН некоторых веществ

Обзор литературы

Основные антропогенные источники кислотообразующих выбросов

Механизм образования кислотных осадков

Выпадение кислотных дождей

Сети измерения химического состава атмосферных садков

Влияние кислотных дождей на экосистемы

Меры по охране атмосферы от кислотообразующих выбросов

Экологическая обстановка в г. Алматы

Исследовательская часть

Анализ загрязнения воздушного бассейна города Алматы

Наблюдения за кислотностью атмосферных осадков и ее связь с режимом ветра

Основные стационарные источники загрязнения воздуха в г. Алматы

Возможные мероприятия по снижения уровня загрязнения в городе

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

Введение

Традиционно экология считалась отраслью биологического значения, изучающей отношения растительных и животных организмов друг с другом и с окружающей средой. Но уже к середине ХХ века экологи серьезно задались вопросом, что человек -- такой же организм, как и все, почему бы ни изучать человека и общество в их окружающей среде, в их доме -- природе. Тем более что дом уже поврежден основательно. И развиваться обществу надо так, чтобы не разрушить дом окончательно, а, напротив, спасти, сохранить, укрепить.

До ноосферы Вернадского как сферы коллективного разума на Земле ещё очень далеко. В новое тысячелетие человечество вступает в условиях экологического кризиса. На пороге ХХI века три глобальные экологические проблемы -- загрязнение всех сред жизни, разрушение озонового слоя и прогрессирующее потепление климата -- сделали вполне реальной угрозу самоуничтожения человечества. Преодоление экологического кризиса во всех его проявлениях, ведущих к деградации природы и, как следствие, к деградации и исчезновению человечества, жизненно необходимо. Не должны оказаться пророческими слова великого ученого-естествоиспытателя Жана Батиста Ламарка: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».

Для успешного разрешения планетарных экологических кризисов и дальнейшего развития человеческой цивилизации необходимо понимание и осознание этих кризисных проблем всеми, а в особенности подрастающим поколением. Ведь именно нашему поколению предстоит направить свою деятельность на изменение структуры общественного и хозяйственного устройства, формирование экологического мировоззрения, ответственного за состояние дома, в котором мы все живем, -- нашей планеты Земля. Высокий уровень загрязнения воздушного бассейна Земли был показан и обоснован в разное время, различными методами, но эффективных мер по оздоровлению не принималось. В последнее время экологи всё больше привлекают внимание общества, владельцев предприятий и госслужащих к проблеме загрязнения окружающей среды.

Наш президент Н. Назарбаев в своем послании к народу суверенного Казахстана -- Казахстан 2030 -- поставил приоритетным решение проблем окружающей среды, как пути к оздоровлению граждан республики, как наш долг перед потомками оставить чистым общий дом.

Все это еще не исчерпывает проблемы загрязнения окружающей среды. Требуется постоянный контроль и проведение исследований по этой проблеме с доведением всей информации до широких общественных кругов с целью обсуждения и принятия решений. Контроль над состоянием атмосферного воздуха проводится во всех областных центрах, на нефтегазовых месторождениях (33 города и поселка РК). Наиболее загрязненные города: Темиртау, Усть-Каменогорск, Лениногорск, Шымкент, Алматы, Зыряновск. В последние 3 года в 90% городах уровень загрязнения не изменился. Где-то он понизился (Балхаш, Караганда, Кустанай), но в Алматы, Зыряновске, Темиртау, Усть-Каменогорске повысилось содержание бензапирена, в Усть-Каменогорске и Лениногорске -- формальдегида, фенола в Темиртау, свинца в Лениногорске. Загрязнение воздушного бассейна Республики Казахстан может иметь глобальное значение для всего евразийского континента из-за трансграничного переноса вредных выбросов воздушными потоками на большие расстояния. Поэтому проблема требует подробного изучения всех заинтересованных государств.

Основная цель нашего проекта -- исследование загрязнения воздушного бассейна города Алматы и характеристик режима ветра, влияющих на распределение концентрации вредных примесей в атмосфере. Конечно же, мы не остановим вредные выбросы предприятий, но мы провели анализ данных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха в городе Алматы по данным, предоставленным Казгидрометом, исследовали пробы осадков в нашем городе и сверили их с данными Казгидромета. Кроме того, мы провели сравнение уровня загрязнения в зимние и летние месяцы, в различное время суток, проанализировали данные наблюдений за скоростью и направлением ветра и выявили преобладающие направления. Мы собрали информацию о крупных стационарных источниках загрязнения воздуха в городе, которыми являются коммунальные электростанции, установки по выработке электроэнергии и тепловой энергии и районные отопительные котельные.

Сопоставив эту информацию с данными по ветровому режиму в городе, мы смогли выявить наиболее районы наибольшего загрязнения.

Задачи, поставленные перед участниками проекта, включали:

· анализ информации по аналогичной проблеме в других странах мира;

· направления и дальность переноса вредных веществ, и способы снижения их уровня в атмосфере;

· влияние кислотных дождей на растения и почву;

· обработку фактических данных наблюдений за загрязнением воздуха в г. Алматы и расчеты средних концентраций вредных веществ по сезонам года и анализ их годовых и суточных изменений;

· определение уровня кислотности атмосферных осадков в трех районах города Алматы и их анализ;

· обработку данных наблюдений за характеристиками ветра в городе и исследование направлений переноса вредных примесей;

· выявление основных источников загрязнения воздушного бассейна города Алматы;

· обсуждение наиболее рациональных способов оздоровления атмосферного воздуха в нашем городе.

Исследуя эту проблему, мы пришли к выводу об опасности дальнейшего загрязнения воздуха в г. Алматы, особенно учитывая неблагоприятные местные орографические и климатические условия, способствующие накоплению вредных веществ в атмосфере города.

Обзор литературы

Атмосферное загрязнение

Восходящее к заре индустриальной цивилизации атмосферное загрязнение очень сильно возросло в последнее десятилетие во всех развитых странах. Рост промышленности и увеличение числа машин сопровождаются постоянным усилением выброса в воздух дыма, токсических газов и других загрязняющих агентов. Рост атмосферного загрязнения, весьма значительный даже в отдалённых районах, в стороне от человеческого жилья, подтверждает глобальный аспект явления. Так, в Йеллоустонском национальном парке, обладающем самым чистым в США воздухом, за пять лет среднее число частиц, взвешенных в воздухе, увеличилось в 10 раз -- от 100 в см³ в середине 60-х годов до 800--1000 в см³ в конце десятилетия [1].

Количество пыли, оседающей на вершинах Кавказских гор, возросло в 20 раз между 1930 и 1960 г.; это явление Брайсон и Вендленд [2] связывают со значительным увеличением промышленного производства в Советском Союзе в этот период.

Было бы напрасно связывать рост атмосферного загрязнения с каким-то особым видом индустриальной деятельности, с какой-то конкретной современной технологией. В действительности это результат воздействия многочисленных факторов, характерных для современной цивилизации: роста производства энергии и металлургической промышленности, увеличение числа автомобилей и самолётов, сжигание многих тонн отходов и т. д. Источники основных веществ, загрязняющих атмосферу, весьма различны. Использование ископаемого топлива как источника энергии, без сомнения, является основной причиной загрязнения воздуха. Но существуют и другие источники загрязнения биосферы -- выбросы побочных продуктов в химической промышленности, выбросы пыли при некоторых процессах металлургического производства, в цементной промышленности и при многих других видах индустриальной деятельности. К тому же происходит заражение атмосферы радиоактивными газами (выбросы атомных электростанций) и радиоактивными частицами (испытание термоядерного оружия). И, наконец, при гниении органических веществ выделяются газы, богатые сероводородом и другими соединениями серы. Загрязнение атмосферы особенно велико в городах, причем не только из-за высокой концентрации промышленных предприятий и домовых печей, но и вследствие интенсивного движения машин с двигателями внутреннего сгорания. Так, в США 93% частных машин принадлежат горожанам. Однако источники загрязнения существуют и в стороне от больших городов, в центре сельских районов. Они связаны с производством различных химических веществ, используемых в сельском хозяйстве, и со строительством промышленных объектов в сельской местности. Так, во Франции загрязнения в долине Морены, вызваны различными электрохимическими предприятиями, а на юго-западе -- заводом по переработке природного газа; сравнительно недавно серьезные проблемы загрязнения окружающей среды возникли в связи с сооружением нефтехимического и металлургического комплекса на берегу залива Фос. Эти примеры показывают, насколько серьезными могут оказаться вопросы загрязнения атмосферы даже в районах, удаленных от крупных промышленных центров.

Основные источники загрязнения атмосферы

Современная атмосфера сформировалась в итоге непрерывной деятельности живых существ с начала геологических эпох. В наше время состав атмосферы находится в состоянии динамического равновесия, поддерживаемого антагонистическими действиями автотрофных и гетеротрофных организмов и различными геохимическими явлениями. Постоянного по составу воздуха не существует, так как происходит непрерывный обмен между живыми организмами, гидросферой и глубокими слоями литосферы (вулканическая деятельность) [9]. Общая масса атмосферы равна 5,2·10¹⁹ т, причем 9/10 массы сосредоточено ниже 16 км, т. е. в тропосфере; на слои выше 48 км приходится только 1/1000 всей массы воздуха. В таблице 1 приведены данные о среднем составе сухого воздуха.

Таблица 1 Состав сухого воздуха

Составляющая Объёмное содержание, % Массовое содержание, % Азот 70,01 75,53 Кислород 20,95 23,14 Аргон 0,93 1,28 Углекислый газ 0,032 0,046 Неон 1,8·10-3 1,25·10-3 Гелий 5,24·10-4 7,24·10-5 Метан 1,4·10-4 7,75·10-5 Криптон 1,14·10-4 3,3·10-4 Закись азота 5·10-5 7,6·10-5

Кроме того, воздух обычно содержит следы (одна миллионная доля и менее) водорода, перекиси азота, озона, сернистого ангидрида, окиси углерода, аммиака, ксенона и т.д. Распределение различных газов по высоте не всегда однородно, что уже показано на примере озона. Загрязнение атмосферы может быть результатом или количественных изменений -- повышения концентрации её обычных составляющих (углекислый газ, перекись азота, озон), или качественных изменений, вызванных появлением инородных составляющих (радиоактивные элементы, органические вещества), или же -- что чаще всего и бывает -- совместного воздействия обоих этих процессов. Очень часто весьма очевидное, даже для несведущих наблюдателей, загрязнение атмосферы трудно проанализировать, так как концентрация основных загрязняющих агентов сильно меняется в зависимости от метеорологических условий и рельефа. Вопрос осложняется ещё и тем, что многие вещества, даже в очень разбавленном виде, могут вступать между собой в химические реакции и образовывать новые сильно токсичные вещества. Так, сернистый ангидрид окисляется в воздухе до SO₃, который, реагируя с водяным паром, образует серную кислоту. Точно также реакции между окислами азота и несгоревшими углеводородами, поступившими в атмосферу из выхлопных труб автомобилей, образуют пероксилацилнитраты (ПАН) -- гораздо более вредное вещество, чем исходные.

Связь между атмосферным загрязнением и круговоротом главных биогенных элементов

Использование ископаемого топлива служит основной причиной загрязнения атмосферы. Оно осуществляется путем выброса как искусственных примесей (твердые частицы), так и всевозможных производных углерода, азота и серы, которые нарушают естественный цикл этих веществ. Основные вещества, загрязняющие атмосферу, можно разбить на две группы -- газы и твердые частицы (очень редко, жидкие). Газы составляют 90% общей массы выбрасываемых в атмосферу веществ, а на долю твердых частиц приходятся оставшиеся 10% [7]. Теперь подробно познакомимся с сутью проблемы кислотных осадков. Интерес к химическому составу осадков возник в 1750 г. во время проведения первых измерений. В то время ученые проявляли интерес к воздействию химического состава дождя и снега на растения. Активные экспериментальные исследования продолжались в этой области с 50-х годов прошлого века до 30-х годов нынешнего века. После начала широкого применения химических удобрений и более стабильного мониторинга химического состава почвы этот интерес уменьшился до момента начала исследований воздействия кислого дождя на земные и акватические системы. Примером этого раннего интереса явилась публикация книги «Атмосфера и дождь: начало химической климатологии», написанной Р. А. Смитом в 1872 г., которая впервые обсуждала проблему кислотного дождя [8]. Кислотные осадки представляют собой различные виды кислотных осадков (дождь, снег, туман, роса) с кислотностью выше нормы.

Понятие кислотности

Кислотность водного раствора определяется присутствием в нем положительных водородных ионов Н⁺ и характеризуется концентрацией этих ионов в одном литре раствора С(Н⁺) -- [моль/л или г/л]. Щелочность водного раствора определяется присутствием гидроксильных ионов ОН-; и характеризуется их концентрацией С(ОН-). Как показывают расчеты произведение молярных концентраций водородных и гидроксильных ионов величина постоянная, равная С(Н⁺)*С(ОН-)=10-¹⁴, другими словами кислотность и щелочность взаимосвязаны, отсюда следует: увеличение кислотности приводит к снижению щелочности, и наоборот. Раствор является нейтральным, если концентрации водородных и гидроксильных ионов одинаковы и равны 10-⁷ моль/л. Такое состояние характерно для химически чистой воды. Из сказанного следует, что для кислых сред выполняется условие:

10-⁷<С(Н⁺)<=10⁰,

для щелочных сред:

10-¹⁴<=С(Н⁺)<10-⁷.

На практике степень кислотности (или щелочности) выражается более удобным водородным показателем рН, представляющим собой отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов. При этом изменение кислотности на единицу показывает десятикратное изменение концентрации водородных ионов в растворе. В кислых растворах чем меньше рН, тем кислее раствор. В щелочных растворах, чем больше рН, тем выше щелочность раствора.



Чистая природная, в частности дождевая вода, в отсутствие всяких загрязнителей, тем не менее имеет слабокислую реакцию (рН=5,6), поскольку в ней легко растворяется углекислый газ, с образованием слабой угольной кислоты:

CO₂+H₂O=H₂CO₃

Для определения показателя кислотности используются различные рН-метры, в частности дорогостоящие электронные приборы. Простым способом определения рН среды являются индикаторы -- химические вещества, окраска которых изменяется в зависимости от рН. Самые распространенные индикаторы -- фенолфталеин, метилоранж, лакмус, а так же универсальная индикаторная бумага.

Мы воспользовались индикаторной бумагой для определения кислотности собираемых осадков в городе Алматы, но этот метод измерения допускает большие погрешности, поэтому результаты сверялись в Казгидромете.

Основные антропогенные источники кислотообразующих

выбросов

Главные кислотообразующие выбросы в атмосферу -- диоксид серы-SO₂ (сернистый ангидрид или сернистый газ) и оксиды азота NO_x.

Природными источниками поступления диоксида серы в атмосферу являются вулканические выбросы и лесные пожары. Естественная фоновая концентрация SO₂ в атмосфере достаточно стабильна и включена в биохимический круговорот серы и для экологически благополучных территорий России равна 0,39 мкг/м³ (Арктика) -- 1,28 мкг/м³ (средние широты). Эти концентрации существенно ниже принятого в мировой практике ПДК по SO₂, равного 15 мкг/м³. Общее количество диоксида серы антропогенного происхождения в атмосфере сейчас значительно превышает её естественное поступление и составляет в год около 100 млн. т (для сравнения: природные выбросы SO₂ в год примерно равны 20 млн. т). Из них на долю США приходится 20%, на долю России -- менее 10%. Диоксид серы образуется при сжигании богатого серой горючего, такого как уголь и мазут (содержание серы в них колеблется от 0,5 до 5--6%), на электростанциях (~40% антропогенного поступления), в металлургии, при переработке серосодержащих руд, при химико-технологических процессах и работе ряда предприятий машиностроения (~50%). При сжигании каждой тонны угля в атмосферу выделяется 25 килограммов серы, главным образом, в виде её диоксида. Сжигание мазута дает в 4--5 раз меньше серы.

Анализ техногенных источников выбросов показывает, что выбросы производят высокоразвитые промышленные страны, и это становится проблемой для них и их ближайших соседей. А с растущим процессом глобализации, и связанным с ней повышением промышленного производства в третьих странах, проблема вредных, в том числе, кислотообразующих выбросов охватывает всё большие территории.

Данные мониторинга атмосферного воздуха свидетельствует об увеличении в последние годы доли выбросов азотных соединений и закислении атмосферы. Содержанию оксида азота в атмосфере стали уделять внимание лишь после обнаружения озоновых дыр в связи с открытием азотного цикла разрушения озона. Природные поступления в атмосферу оксида азота связаны главным образом с электрическими разрядами, при которых образуется NO, моментально реагирующий с воздухом с образованием NO₂. Значительная часть оксидов азота перерабатывается в почве микроорганизмами, т.е. включена в биохимический круговорот. Для экологически чистых районов России естественная фоновая концентрация оксидов азота равна 0,08 мкг/м₃ (Арктика) -- 1,23 мкг/м³ (средние широты), что существенно ниже ПДК, равного 40 мкг/м³. Оксиды азота образуются при сгорании топлива, особенно если температура превышает 1000°С. При высоких температурах часть молекулярного азота окисляется до NO, который в воздухе немедленно реагирует с кислородом, образуя диоксид NO₂ и тетрооксид диазота N₂O₄, которые являются гораздо более опасными соединениями. При высокотемпературном сгорании топлива происходят реакции двух типов: между кислородом воздуха и азотом, содержащимся в топливе, и между кислородом воздуха и азотом, также содержащимся в воздухе.

Техногенные промышленные мировые выбросы оксидов азота в атмосферу составляют в год около 70 млн. т (природные выбросы ~700 млн т). Примерно 30% этих выбросов приходится на США, 25% -- на долю стран Западной Европы и несколько процентов на долю России. Суммарные антропогенные выбросы оксидов азота в несколько раз больше, ведь основным источником таких выбросов является сельское хозяйство, интенсивно использующее химические удобрения, в первую очередь содержащие соединения азота. Вклад этой отрасли хозяйства в загрязнение атмосферы оксидами азота оценить очень трудно [11].

В России с 1993 по 1997 годы наблюдалось сокращения выбросов серы на 20% и азота на 30%, однако лишь 20% этих сокращений обусловлены природоохранными мероприятиями [3,10]. Основной причиной снижения выбросов является общий спад производства. Отметим ещё два -- экономических -- аспекта рассматриваемой проблемы, оказывающих большое влияние на экологическую обстановку, в т.ч. на кислотные дожди. Во многих странах (особенно бывшего соц. лагеря) оборудование устарело: во-первых у такого оборудования низкий КПД, во-вторых, изношенное оборудование требует больше ресурсов. К тому же увеличивается его аварийность. Всё это ведет к большему сжиганию топлива, из-за чего выбрасывается в атмосферу большее количество вредных веществ.

Диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, ведущих к образованию кислот. Частично диоксид серы в результате фотохимического окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SO₃:

2SO₂+O₂=2SO₃,

который реагирует с водяными парами атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты:

SO₃+H₂O=H₂SO₄.

Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует кислотный полигидрат SO₂*nH₂O, который часто называют сернистой кислотой и обозначают формулой H₂SO₃:

SO₂+H₂O=H₂SO₃.

Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной:

2H₂SO₃+O₂=H₂SO₄.

Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег).

При сжигании топлива образуются твердые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при сжигании угля), легко растворимые в воде, осаждающиеся на почве и растениях, делая кислотными росы. Аэрозоли серной и сернистой кислот составляют около 2/3 кислотных осадков, остальное приходится на долю азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы:

2NO₂+H₂O=HNO₃+HNO₂.

Существует ещё два вида кислотных дождей, которые пока не отслеживаются мониторингом атмосферы. Находящийся в атмосфере хлор (выбросы химических предприятий, сжигание отходов, фотохимическое разложение фреонов) при соединении с метаном (рисовые поля, таяние гидрата метана в вечной мерзлоте), а также при взаимодействии с водородом образует хлороводород, хорошо растворимый в воде с образованием аэрозолей соляной кислоты:

Cl-+CH₄=CH₃-+HCl,

CH₃-+Cl₂=CH₄Cl+Cl-,

H₂+Cl₂=HCl.

Очень опасны выбросы фтороводорода (производство стекла и алюминия), который хорошо растворяется в воде, что приводит к появлению в атмосфере аэрозолей плавиковой кислоты.

Выпадение кислотных дождей

Впервые кислотные дожди были замечены в Западной Европе, в частности, в Скандинавии и Северной Америке в 1950-х гг. [7]. Сейчас эта проблема существует во всем индустриальном мире, и приобрела особое значение в связи с возросшими техногенными выбросами оксидов серы и азота. За несколько десятилетий размах этого бедствия стал настолько широк, а отрицательные последствия столь велики, что в 1982 г. в Стокгольме состоялась специальная международная конференция по кислотным дождям, в которой приняли участие представители 20 стран и ряда международных организаций. До сих пор острота этой проблемы сохраняется, она постоянно в центре внимания национальных правительств и международных природоохранных организаций.

В настоящее время в различных регионах Земного шара существуют более 1000 станций, измеряющих химический состав осадков. Их можно подразделить на три общие категории:

Сети измерения химического состава атмосферных осадков

Глобальные сети. Сеть фонового мониторинга загрязнения атмосферы (БАПМоН) является единственной глобальной сетью измерения химического состава осадков [4]. В неё входит более 150 наблюдательных точек, охватывающих все континенты. Целью сети является предоставление глобальной информации о фоновых концентрациях загрязняющих воздух веществ, особенно тех, которые могут оказывать воздействие на климат.

Кроме БАПМоН выполняется глобальный проект по химическому составу осадков (ГПХО), осуществляемый НОАА-США с использованием семи станций, установленных в местах, где можно осуществить более детальные измерения (например, органические кислоты). ГПХО успешно осуществляется при проведении тщательных измерений химического состава осадков в отдаленных регионах Земного шара и при увязке этих измерений в атмосфере на дальние расстояния микроконцентраций различных веществ.

Региональные сети. В рамках совместной программы сотрудничества по мониторингу и оценки дальнего переноса загрязняющих воздух веществ в Европе (EMEP) в сеть наблюдений входят несколько региональных сетей. В двух регионах Земного шара, в которых происходят наиболее высококонцентрированные выбросы SO₂ и NO_x, и в которых наиболее выражены отрицательные воздействия кислотных выпадений, созданы более плотные сети станций мониторинга осадков.

Более 100 станций ЕМЕП с помощью Химического координационного центра (ХКЦ) в Норвегии собирают данные о химическом составе осадков с отдельных станций стран-членов и публикует эти данные наряду с информацией о загрязнении воздуха, включая отдельные статистические анализы на оперативной основе.

В Северной Америке США (200 точек) и Канада (20 точек) имеют национальные сети наблюдений, расположенные по всему континенту. Эти сети предназначены для получения информации о распространение кислотных осадков в пространстве и долгосрочных тенденциях их выпадения. Эти две сети являются более централизованными по сравнению с ЕМЕП, поскольку в каждой стране используется только одна лаборатория для выполнения химического анализа. В среднем кислотность осадков, выпадающих в основном в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке на площади почти 10 млн. км², составляет 5--4,5, а туманы здесь имеют рН, равный 3--2,5.В последние годы кислотные дожди стали наблюдаться в промышленных районах Азии, Латинской Америки и Африки. Например в Восточном Трансваале (ЮАР), где вырабатывается 4/5 всей электроэнергии страны, на 1 км² выпадает около 60 т серы в виде кислотных осадков. В тропических районах, где промышленность практически не развита, кислотные осадки вызваны поступлением в атмосферу оксидов азота за счет сжигания биомассы.

Влияние кислотных дождей на экосистемы

Последствия кислотных дождей:

1. Изменения в водных экосистемах

· Повышение кислотности воды

· Выщелачивание тяжелых металлов

· Связывание фосфатов

· Утрата рыбных ресурсов

· Сокращение животных и птиц, живущих около воды

· Дефицит чистой пресной воды

2. Коррозия

· Разрушение стекла, бетона и других строительных материалов

· Коррозия металла

3. Изменения в почве

· Закисление почвы

· Разрушение корневой системы

· Нарушение процессов всасывания воды и питательных веществ

· Вымывание биогенов и питательных веществ

· Высвобождение ионов тяжелых металлов

· Угнетение и гибель почвенной биоты (в частности, азотфиксирующих бактерий)

4. Изменение растительности

· Повреждение листовой поверхности и хвойных игл

· Нарушение транспирации

· Нарушение фотосинтеза

· Снижение сопротивляемости патогенным организмам

· Накопление в камбии тяжелых металлов

· Ослабление нарушения роста

· Деградация, усыхание, гибель

5. Заболевания, деградация животных

6. Сердечно-сосудистые, легочные, кожные и другие заболевания

Меры по охране атмосферы от кислотообразующих выбросов

Чистота атмосферного воздуха планеты -- одно из приоритетных направлений природоохранной деятельности национальных правительств, которая развивается в рамках программы, принятой на XIX специальной сессии Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций в июне 1997 г. Международными соглашениями установлены критические нормы выбросов диоксида серы и оксидов азота, ниже которых их воздействие на наиболее чувствительные компоненты экосистем не обнаруживается, а также ряд рекомендаций по осуществлению снижения этих выбросов [11]. Основными на сегодняшний день методами снижения загрязнения атмосферы, в том числе кислотообразующими выбросами, являются разработка и внедрение различных очистных сооружений и правовая защита атмосферы. Ведутся исследования по снижению загрязнения от выхлопных газов автомобилей. Наибольшие трудности здесь вызывает именно уменьшение выбросов оксидов азота, которые помимо образования кислотных осадков ответственны за появление фотохимических загрязнителей (фотохимический смог) и разрушение озонового слоя в стратосфере. Для решения этой проблемы ведутся работы по созданию различных каталитических конверторов, преобразующих оксиды азота в молекулярный азот. Среди эффективных методов борьбы с выбросами окисленной серы в атмосферу через дымовые трубы следует отметить различные газоочистители, такие, как электрические фильтры, вакуумные, воздушные или жидкие фильтры-скрубберы. В последних газообразные продукты сгорания пропускаются через водный раствор извести, в результате образуется нерастворимый сульфат кальция CaSO₄. Этот метод позволяет удалить до 95% SO₂, но является дорогостоящим (снижение температуры дымовых газов и понижение тяги требует дополнительных затрат энергии на их подогрев; кроме того, возникает проблема утилизации CaSO₄) и экономически эффективен лишь при строительстве новых крупных предприятий. Такой же дорогостоящий метод очистки дымовых газов от оксидов азота -- с помощью изоциановой кислоты HNCO (удаляется до 99% оксидов азота, превращающихся в безвредные азот и воду).

Восстановление нормальной кислотности водоёмов возможно за счет известкования, при этом не только уменьшается кислотность воды, но и повышается её буферная способность, т.е. сопротивляемость по отношению к будущим кислотным осадкам. Известкование можно применять и для защиты лесов от кислотных дождей, используя распыление с самолётов свежемолотого доломита (CaCO₃*MgCO₃), который реагирует с кислотами с образованием безвредных веществ:

CaMg(CO₃)₂+2H₂SO₃=CaSO₃+MgSO₃+2CO₂+2H₂O,

CaMg(CO₃)₂+4HNO₃=Ca(NO₃)₂+Mg(NO₃)₂+2CO₂+2H₂O.

Для защиты памятников культуры и ценных архитектурных сооружений используют покрытия из высокомолекулярных соединений -- силиконов или производных эфиров кремниевой кислоты; для защиты металлических изделий -- покрытие их лаком, масляной краской или легирование сталей, образующих устойчивую к кислотам оксидную пленку.

Все перечисленные меры представляют собой реализацию метода «контроля на выходе» -- снижение концентрации загрязнителей на стадии их попадания в атмосферу.

Более эффективен с экологической точки зрения метод «контроля на входе», предусматривающий очистку топлива от потенциальных загрязнителей, использование экологически более чистых источников энергии и создание так называемых безотходных технологий, т.е. технологических процессов, сопоставимых с природными циклами в биосфере.

Содержание серы в выбросах можно уменьшить, используя низкосернистый уголь, а также путем физической или химической его промывки. Первая позволяет очистить уголь от неорганических примесей серы, таких, как сульфиды металлов. С помощью второй удаляется органическая сера. Отметим, что физические методы очистки малорентабельны, а применение химических методов очистки из-за ряда технических сложностей эффективно лишь на вновь строящихся электростанциях. Для средних и малых предприятий энергетики используется метод сжигания топлива в кипящем слое, при котором удаляется до 95% диоксида серы и от 50 до 75% оксидов азота. Хорошо разработана технология уменьшения содержания оксидов азота (на 50--60%) путем снижения температуры горения.

Перспективна замена бензина в автомобилях другими видами топлива (например, смесью спиртов), применение газобаллонных автомобилей, использующих природный газ и электромобилей; использование на электростанциях в качестве топлива природного газа.

Реально заменить горючие ископаемые могут возобновляемые экологически чистые энергетические ресурсы, такие, как солнечная энергия, ветер, морские приливы, термальные источники недр Земли. Пока возможности таких энергопроизводств относительно ограничены, но, тем не менее, например, в Дании ветровые электростанции дают около 12% энергии (столько же дают все АЭС в России). Энергосбережение, внедрение новых неэнергоемких технологий и безотходных и малоотходных технологий производственных процессов, применение альтернативных источников энергии, все меры экологического контроля способны решить проблему загрязнения атмосферного воздуха, оздоровить окружающую среду, снять угрозу необратимых отрицательных изменений в биосфере Земли.

Экологическая обстановка в городе Алматы

«Алматы остается культурным и финансовым центром Казахстана. На глазах меняется облик города и его внутренняя социально-культурная среда. Становятся краше площади, строятся новые уникальные здания, неуклонно увеличивается объем промышленного производства, динамично развивается малый и средний бизнес, растет сфера торговли и бытового обслуживания. Алматы нужен всему Казахстану, он должен задавать тон для всех регионов».

Президент РК Н. А. Назарбаев (Из выступления перед работниками культуры г. Алматы, февраль 2000г.)

Алматы живописно раскинулся у подножия Тянь-Шаня в центре евразийского континента на юго-востоке Республики Казахстан и имеет географические координаты 77 градусов восточной долготы и 43 градуса северной широты. На одной параллели с ним находятся всем известные Гагры и Владивосток. Это один из самых больших оазисов, расположенный высоко над уровнем моря. Горы являются как бы визитной карточкой города. Из живописных вершин, окружающих город с юга, доминируют пики: Талгар (5017), Комсомсол (4376), Большой Алматинский (3684) и другие заоблачные вершины. В южных жилых массивах на высоте 1520--1750 м над уровнем моря в урочище Медео и на Каменском плато чувствуется дыхание 300 ледников, влияющих на природу Алматы.

У подножья гор зерновые, бахчевые, табачные плантации и виноградники сменяются на фруктовые сады и ягодники. Именно здесь обрел свою родину знаменитый алматинский апорт, некогда символ старого города, ему название («алма» (каз.) -- яблоко). В окрестностях города возведены высокогорные научные станции (по изучению короны Солнца и космических лучей -- на Большом Алматинском озере и перевале Джусалы-Кезень), астрофизические обсерватории (на Каменском плато и перевале Ассы), спорт комплексы (ледовый стадион «Медео» и горнолыжный стадион «Шымбулак»), альпинистские и туристические лагеря, санатории («Алма-Арасан», «Турксиб») и т.д.

Географическое расположение. Алматы является уникальным городом по своим физико-географическим и природно-климатическим характеристикам, которые оказывают влияние на его экологические особенности. Город расположен у подножия северного склона Заилийского Алатау, одного из отрогов горной системы Тянь-Шаня, в долинах рек Большая (Улькен) и Малая (Киши) Алматинки. Алматы -- один из немногих городов на планете, имеющих необычное высокое расположение: северная точка Алматы имеет отметку 670 м над уровнем моря, а южная отметка города -- 970 м.

Планировка города. Сложные ландшафтно -- географические условия определили современную планировочную структуру города. Преобладающая часть застроенных территорий представлена жилыми массивами, причем одноэтажный жилой фонд размещен в отдельных районах на значительных территориях. Более 70% территорий предприятий находятся в центральном и северном районах города. Севернее пр. Райымбека преобладает промышленная и малоэтажная застройка. В последние десятилетия наметилась тенденция к увеличению плотности застройки, включая южную часть города, которая является зоной транзита горно-воздушного стока. Практически остались неосуществленными рекомендации ранее выполненных природоохранных проектов и рекомендации о застройке южной части города точечными зданиями, о формировании с помощью градостроительных приемов воздушных коридорах вдоль основного направления горного стока; освобождение от застройки водоохранных зон и прибрежных полос вдоль рек; выноса некоторых вредных производств за пределы города. Указанные проблемы являются актуальными и в наше время.

Городской электротранспорт значительно отстает по оснащению подвижным составом и развитию маршрутной сети. К недостаткам сложившейся улично-дорожной сети, с экологической точки зрения, относится отсутствие единой системы магистральных улиц непрерывного движения, автодорог пригородной зоны и обходных дорог.

Предварительная оценка воздействия на окружающую среду (ПРЕДОВОС) к концепции развития генерального плана г. Алматы (разрабатывается КГП «Алматыградкадастр»), подготовленная ТОО «Экопроект лтд» в 1999 г. указывает на следующие градостроительные причины, влияющие на неблагоприятное состояние окружающей среды города:

· чрезмерная концентрация промышленных предприятий в центральной части города в нарушение прошлых генеральных планов города и без соблюдения нормативных требований по охране окружающей среды;

· бессистемное расположение сложившихся промышленных образований в структуре города и размещения части жилых территорий в зонах производственных выбросов;

· слабое благоустройство санитарно-защитных зон или их отсутствие, а также использование таких зон под другие городские нужды;

· низкая степень эффективности использования промтерриторий, а также невысокая степень их благоустройства и озеленения.

Административные районы -- Алмалинский, Ауэзовский, Бостандыкский, Жетусуский, Медеуский, Турксибский.

Состояние загрязнения атмосферного воздуха. При общей благоприятности климатических условий предгорная зона Заилийского Алатау характеризуется исключительно слабыми ресурсами самоочищения атмосферы. Многолетние наблюдения РГП «Казгидромет» показывают, что повторяемость слабых (до 1 м/с) ветров оценивается летом здесь 71%, зимой -- в 79%. Среднегодовое значение скорости ветра в городе не превышает 1,7 м/с. Увеличение скорости ветра до 2,2 м/с наблюдается лишь в теплое полугодие за счет оживления в этот период фронтальных процессов и развития горно-долинной циркуляции.

Основной причиной глубокого безветрия в предгорной зоне является влияние горного хребта, создающего сопротивление перемещению трансконтинентальных воздушных масс с севера. Оптимальная аэрация горным стоком наблюдается только в верхней, южной части города, в узкой полосе в пределах 20 км от подножий гор. С территории верхней части города отсос загрязненной массы происходит за счет воздушных потоков, связанных с общей циркуляцией атмосферы, не нарушенных горной системой.

Исследовательская часть

Анализ загрязнения воздушного бассейна города Алматы

Состояние воздушного бассейна является важнейшим показателем экологической обстановки в городе. Загрязнение воздуха в г. Алматы является острой экологической проблемой, которая осложняется физико-географическими и природно-климатическими условиями. Город расположен во впадине, где часто наблюдается безветрие, туманы и приземные инверсии, которые затрудняют рассеивание примесей в пространстве. Кроме того, непродуманная застройка города препятствует естественному движению воздушных потоков в горизонтальном направлении. Многочисленные источники выбросов загрязняющих веществ (автомобильный транспорт, предприятия теплоэнергетики и промышленности) вносят основной вклад в загрязнение воздуха. Для исследования загрязнения воздушного бассейна г. Алматы были проанализированы данные наблюдений за содержанием вредных веществ в атмосфере города, предоставленные специально для этого проекта Центром мониторинга загрязнения природной среды Казгидромета. Пост № 1 расположен в центральной части города, недалеко от пересечения улицы Сатпаева с проспектом Сейфуллина. Наблюдения на этом посту производятся четыре раза в сутки (в 1, 7, 13 и 19 часов местного времени). Перечень подлежащих контролю загрязняющих веществ состоит из шести ингредиентов: пыль, диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота, фенол и формальдегид. Наряду с этим проводятся наблюдения за метеорологическими параметрами, определяющими рассеивание примесей в атмосфере и рассчитывается индекс загрязнения атмосферы. Состояние загрязнения воздуха оценивается по результатам анализа обработки проб воздуха, отобранных на стационарных постах наблюдений Казгидромета.

Основными критериями качества являются значения предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ с учетом класса опасности. В таблице ниже приведены значения ПДК для шести примесей, по которым ведутся наблюдения в г. Алматы и проводится анализ в данной работе.

Значения предельно-допустимых концентраций (ПДК) определяется на основе гигиенических нормативов, превышение которых становится вредным для здоровья человека [5].

Таблица 2 Значения предельно-допустимых концентраций отдельных примесей в воздухе*

Наименование примесей Значения ПДК, мг/м3 Класс опасности Значения ПДК, мг/м3 Среднесуточная Пыль (взвешенные вещества) 0,5 0,15 3 Диоксид серы 0,5 0,05 3 Оксид углерода 5,0 2,7 4 Диоксид азота 0,085 0,04 2 Фенол 0,01 0,004 2 Формальдегид 0,035 0,002 2

Примечание*: Сборник санитарно-гигиенических нормативов и методов контроля вредных веществ в объектах окружающей среды. М.: Международный фонд конверсии, Центр экологических проблем, 1991 г.

Таблица 3 Средние концентрации загрязняющих веществ, пост 1, Алматы, 2001 г.

В таблице 3 приведены средние концентрации вредных примесей по месяцам и двум сезонам года, которые мы выбрали для анализа. Из данных таблицы видно, что в среднем содержание всех веществ, за исключением формальдегида, выше зимой по сравнению с летними месяцами. Эту разницу можно объяснить, если рассмотреть источники выбросов. Например, основным источником выбросов диоксида серы являются котельные и предприятия теплоэнергетики. Летом этот источник значительно слабее, поэтому и концентрации SO₂ почти в три раза ниже. То же самое можно сказать и о выбросах оксида углерода. Диоксид азота поступает в воздух частично и от тех же источников, поэтому зимой их больше. Если сравнить концентрацию диоксида азота с ПДК (таблица 2), то видно, что и зимой и летом в городе наблюдается повышенное содержание этого загрязнителя. Что касается концентрации формальдегида, то она зависит в значительной степени от температуры, поэтому летом наблюдаются более высокие концентрации его содержания в городской воздушной среде.

Проведем сравнение суточного хода загрязнения воздуха в зимние и летние месяцы 2001 г.

Пыль: Суточный ход концентрации пыли в зимние месяцы более ярко выражен, чем в летние. В январе наблюдается явно выраженный суточный ход концентрации взвешенных частиц в атмосфере с минимальными значениями в 7 часов утра (0,14 мг/м³) и максимальными -- в 19 часов вечера (0,22 мг/м³). Только в утренние часы содержание пыли в городском воздухе ниже среднесуточной нормы, которая составляет 0,15 мг/м³. В июле концентрация взвешенных частиц заметно ниже, чем зимой, суточный ход слабо выражен с небольшим повышением в полуденные часы.

Диксид серы: зимой 2001 г. концентрации диоксида серы редко превышали ПДК, суточный ход был сходным во все зимние месяцы с явно выраженным минимумом в утренний срок наблюдений, что объясняется режимом работы котельных и индивидуальных источников тепла. В летние месяцы суточный ход практически не выражен из-за отсутствия серьезных источников поступления выбросов SO₂.

Оксид углерода: относится к примесям 4-го класса опасности, в зимние месяцы не превышает ПДК только в утренние часы. Наиболее опасны концентрации СО в городском воздухе в вечерние и ночные часы, когда даже среднесуточные значения в отдельные дни превышают ПДК в несколько раз. В летние месяцы основные источники окиси углерода (выбросы котельных и обогревательных печей) отсутствуют, поэтому наблюдаемые концентрации ниже ПДК (в среднем не более 1,5--2,0 мг/м³).

Диоксид азота: концентрации превышают ПДК практически в течение всего года, так как основной источник поступления выбросов в атмосферу -- двигатели внутреннего сгорания -- не зависит от времени года. В суточном ходе наиболее высокие концентрации наблюдаются в дневное и вечернее время зимой. В январе 2001 г. суточная амплитуда составила около 0,40 мг/м³. В июле суточный ход выражен слабее. Так в феврале 2001 г. в 13 часов концентрация диоксида азота превышала ПДК 20 раз.

Фенол и формальдегид: зимой концентрации ниже, чем летом, и имеют аналогичный ход с минимумом в дневные часы. По сравнению с соответствующими ПДК и зимой и летом в среднем наблюдаемые значения выше. В летнее время разовые концентрации формальдегида часто превышают ПДК в несколько раз, так как высокие температуры способствуют процессам разложения органических веществ, а это основной источник его поступления в атмосферу

Гидрометеорологические условия и орографические особенности местоположения г. Алматы способствуют накоплению вредных выбросов в воздушном бассейне, поэтому без принятия специальных мер по снижению вредных выбросов в атмосферу экологическая обстановка в городе не улучшится.

Наблюдения за кислотностью атмосферных осадков и ее связь с режимом ветра

Отбор проб атмосферных осадков и определение их кислотности проводилось в течение нескольких месяцев -- с июня по ноябрь 2001 г. и с января по июнь 2002 г. трех микрорайонах города -- Алмагуль, Аксай и Орбита. Для определения рН атмосферных осадков использовалась упрощенная методика. Кислотность определялась с помощью лакмусовой бумаги. Анализ этих данных показал, что указанные районы города большую часть года являются благополучными в отношении кислотных загрязнений. Хотя в отдельные дни показатель рН был ниже 5,0. По сравнению с данными Казгидромета, наблюдается неплохое соответствие значений рН атмосферных осадков, хотя наши данные несколько выше, так как определение показателя кислотности производилось непосредственно сразу после выпадения дождя.

В Таблице ниже приводятся средние значения показателя рН для указанных микрорайонов города и число случаев, когда его значение было меньше или равно 5,0.

Таблица 4 Результаты наблюдений за уровнем рН атмосферных осадков в трех микрорайонах г. Алматы

Время наблюдений Микрорайон Число случаев с рН<=5,0, % Число случаев с рН<=5,0, % Среднее рН Июнь-ноябрь 2001 г. Алмагуль 5 15 5,68 Аксай 9 29 5,31 Орбита 6 18 5,08 Январь-июль 2002 г. Алмагуль 4 13 5,70 Аксай 14 42 5,46 Орбита 17 59 5,58

Анализ данных таблицы показывает, что наиболее чистым в отношении кислотных осадков, а, следовательно, наличия примесей соединений серы от выбросов котельных и теплоэлектростанций, является микрорайон Алмагуль. Микрорайоны Орбита и Аксай больше подвержены воздействию кислотных осадков, вероятно, потому что находятся ближе к основному источнику выбросов -- ТЭЦ-2. Помимо выбросов серы подкисление окружающей среды вызывает также наличие выбросов оксидов азота и аммиака. В 2002 г. время наблюдений включало в себя большую часть отопительного периода, поэтому и число случаев с пониженными значениями рН больше. Кроме того, в зимние месяцы повторяемость северных направлений больше, поэтому основное перемещение выбросов от ТЭЦ-2 чаще было направлено в сторону города и достигало микрорайона Орбита. В Приложении приведена схема расположения основных стационарных источников выбросов. Сопоставляя их расположение с данными по направлению и скоростям ветра можно объяснить особенности распределения повышенных концентраций вредных веществ в атмосфере. По средним многолетним данным (таблица 2) число штилей в Алматы в январе составляет 45%. Это способствует накоплению вредных примесей в атмосфере города.

Таблица 5 Повторяемость направлений ветра и штилей (%) в г. Алматы

Месяц С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ Штиль Январь 19 8 5 9 24 13 13 9 45 Февраль 18 9 5 9 20 11 15 13 43 Март 16 10 7 9 22 11 14 11 29 Апрель 14 10 6 13 27 9 12 9 19 Май 12 8 6 14 32 11 10 7 17 Июнь 12 7 6 15 35 10 8 7 13 Июль 10 8 6 16 36 11 7 6 12 Август 12 8 6 16 35 10 7 6 12 Сентябрь 14 7 6 18 33 8 7 7 14 Октябрь 14 8 6 19 30 8 8 7 25 Ноябрь 13 8 6 15 29 11 13 8 34 Декабрь 15 7 6 12 24 14 13 9 43 Год 14 8 6 14 29 11 10 8 26

По данным таблицы 2 видно, что в зимние месяцы в подавляющем большинстве случаев наблюдается штиль (43--45%). Кроме того, розы ветров были построены по данным наблюдений в 2001 г. Они также продемонстрировали низкую повторяемость направлений ветра восточной и западной четверти горизонта и преобладание штилей и слабых ветров. Учитывая, что продуваемость города затруднена в связи с неблагоприятными орографическими условиями и неправильной застройкой города, накопление вредных примесей в атмосфере часто превышает предельно-допустимые уровни, особенно в зимний период. Поэтому использование угля для отопления в условиях города Алматы должно быть сведено к минимуму. Учитывая рост парка личного автотранспорта и соответственно, увеличение уровня загрязнения воздушного бассейна города, необходимы неотложные меры по его оздоровлению.

Основные стационарные источники загрязнения воздуха в

г. Алматы

Основными видами производственной деятельности, которые являются источниками загрязнения воздуха и вызывают подкисление окружающей среды, являются сжигание ископаемых видов топлива в энергетических целях и основные технологические процессы в различных отраслях промышленности, а также транспорт, приводящие к выбросам двуокиси серы, окислов азота и других загрязнителей. Наиболее крупными потребителями органического топлива и источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в г. Алматы и Алматинской области являются тепловые электростанции и котельные в системе АПК -- это ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, Западная районная котельная (ЗРК) и Ново-Западная котельная, а также 54 котельных в системе «Алматытеплокоммунэнерго» (АТКЭ), расположенные в городе Алматы. В структуре топлива, используемого для производства тепла и электроэнергии в Алматинском регионе, преобладает уголь (45-66%), доля жидких видов топлива составляет 20--40%, доля газа -- около 10--18%.