Загрязнение и защита атмосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАГРЯЗНЕНИЕ И ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ

1. Защитная и средообразующая роль атмосферы и общие причины ее загрязнения

Атмосфера имеет большое значение для Земли. Она защищает все живое от пагубного действия ультрафиолетового излучения, корпускулярных потоков электрически заряженных частиц, летящих от Солнца, и космических лучей. Без атмосферы Земля была бы такой же безжизненной, как Луна. Без атмосферы Земля бы перегревалась и переохлаждалась. Атмосфера служит «броней» против метеоритов. Без атмосферы не было бы ни ветра, ни звуков, ни осадков. Воздух необходим для протекания геохимических процессов в почве, воде и существования всего живого на Земле. Для нормального функционирования атмосферы очень важна ее защита от загрязнения.

Загрязнение атмосферы - это привнесение в нее новых, нехарактерных физических, химических и биологических агентов или повышенные их содержания выше допустимого санитарного уровня, а равно и вещества или энергии, которые ухудшают функционирование системы в целом.

Классификация загрязняющих веществ строится по нескольким признакам. По источникам загрязнения различают естественное и антропогенное загрязнение атмосферы, по агрегатному составу все загрязнители делятся на 4 группы: твердые, жидкие, газообразные, комплексные.

К комплексным загрязнениям можно отнести аэрозоли - взвешенные в газообразной среде частички твердых или жидких веществ. Аэрозоли с жидкими частицами называются туманом, с твердыми частицами - дымом.

2. Естественное загрязнение

Естественное загрязнение можно разделить на внеземное (космическая пыль, метеориты, жесткое прерывное излучение и т.п.) и земное (континентальное, морское) - выветривание, вулканическая деятельность, естественные пожары и другие источники дыма, растения, животные, микроорганизмы.

Естественное внеземное и земное загрязнение - явление, проникающее без участия человека. Внеземное - это, например, космическая пыль. Она образуется из остатков сгоревших метеоритов при их прохождении в атмосфере. Ежегодно ее выпадает на Землю до 5 млн т. Природная пыль является постоянной составной частью атмосферы.

Естественное земное загрязнение может иметь различную природу.

Частицы природной пыли могут быть органического и неорганического происхождения и быть следствием выветривания почвы и горных пород, вулканических извержений, лесных (торфяных) и степных пожаров, испарения с поверхности морей. Источником пыли являются безводные пустыни и степи.

Атмосферный воздух над океаном более насыщен компонентами из солей натрия, кальция, калия, магния, других элементов, нежели воздух над материками. Эти соли являются результатом высыхания в воздухе брызг морской воды. Как правило, естественное загрязнение не угрожает отрицательными последствиями для биоценозов и живых организмов, их составляющих. Однако если атмосферный воздух приносит соли в бессточные степные котловины, то может вызывать образование солончаков, солонцов и отрицательное воздействие на экосистемы естественного и антропогенного характера. Это касается, например, Кулундинской бессточной низменности (воздух Аральского моря) и, частично бессточной, Терско-Кумской аккумулятивной низменности (Льгова, 2000; Мусохранов и др., 2002). Атмосферная пыль способствует конденсации водяных паров и образованию осадков. В.И. Вернадский отмечал, что атмосферная пыль играет большую роль в химии планеты.

Биологическое разложение веществ на земле, в т.ч. жизнедеятельность почвенных бактерий, ведет к образованию значительных количеств сероводорода, аммиака, углеводородов, оксидов азота и углерода (H₂S, NH₃, СH₄, N₂O, NO, NO₂, СО, СО₂).

3. Антропогенное загрязнение

Антропогенное загрязнение является следствием многоплановой деятельности человека.

Этот вид загрязнения можно разделить на химическое, физическое и биологическое, а с учетом источников и причин на несколько разделов: транспорт, энергетика, промышленность, коммунальное хозяйство и др.

Транспорт, энергетика, промышленность

Транспорт. Одним из крупнейших загрязнителей воздуха является автотранспорт. Как известно, состав атмосферного воздуха тропосферы представляет смесь газов (%, по объему): азот - 78,09, кислород - 20,94, диоксид углерода - 0,03. В атмосфере в естественных условиях практически отсутствуют оксид углерода, сернистый ангидрид, углеводороды, сажа, свинец. Сегодня на земном шаре насчитывается более 300 млн автомобилей. Считается, что каждая машина с бензиновым двигателем, прошедшая 15 тыс. км, потребляет 4350 кг кислорода и образует большое количество выхлопных газов. Состав выхлопных газов представлен в таблице 1.

атмосфера загрязнение природная среда

Таблица 1 Состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей, % по объему (по Стадницкому и Родионову, 1988)

Из данных таблицы следует, что в двигателях происходит существенное изменение атмосферного воздуха. В выхлопных газах бензиновых двигателей остается менее четверти кислорода атмосферы, в дизельных - около половины; в газах бензиновых двигателей содержание оксида углерода в 20-50 раз, оксида азота - в 1,6, углеводородов в 6-20 раз выше, чем в дизельных. Содержание сажи в выхлопных газах дизельных двигателей в 20-22 раза выше, чем в бензиновых.

Энергетика и промышленность. Тепловые электростанции выбрасывают в атмосферу газы, содержащие оксиды серы и азота, золу, металлы. При сжигании угля с золой и отходящими газами некоторых элементов в окружающую среду поступает больше, чем добывается из недр: магния - в 1,5 раза, молибдена - в 3,0, мышьяка - в 7,0, урана, титана - в 10,0, алюминия - в 15,0, ртути - в 50,0, лития, бериллия, стронция, циркония - в сотни раз, галлия, германия - в тысячи раз. Предприятия черной металлургии поставляют в атмосферу пыль, газы, включающие оксиды серы и металлов. На 1 т передельного чугуна приходится 4,5 кг пыли, 2,7 - SO₂, 0,1-0,5 кг марганца. При этом в атмосферу поступают соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, ртути, редких металлов, смолистые вещества. На 1 т мартеновской стали выделяется 3000-4000 м? газов (пыли 0,5 кг/м?), 60 кг СО и 3 кг SO₂. Коксохимические производства загрязняют атмосферу пылью и смесью летучих соединений. Предприятия цветной металлургии выбрасывают запыленные газы, содержащие диоксид серы, фтористые газы и металлы. Из тонны пыли, выбрасываемой в атмосферу при плавке медных руд, можно извлечь 100 кг свинца и цинка.

В результате деятельности различных промышленных предприятий в Алтайском крае ежегодно выбрасывается более 1 млн т вредных веществ: твердых - 167 тыс. т, оксида углерода - 660, оксидов азота - 105, диоксида серы - 95, углеводородов - 116 тыс. т. Выходят напрямую в атмосферу кислоты, щелочи, эмульсии, смазочно-охлаждающие смеси и др. вещества (Лобанова, 1997).

Выбросы нефтепромышленности - углеводороды, сероводород и другие дурнопахнущие вещества (стирол, дивинил, толуол, ацетон, изопрен). Загрязнение метаном в угледобывающей отрасли носит локальный характер, но с весьма тяжелыми последствиями. Промышленность строительных материалов выбрасывает пыль, фториды, диоксиды серы. Химическая промышленность загрязняет среду пылью, неорганическими и органическими веществами и различными газами. Все это может переноситься на большие расстояния и не только рассеиваться, но и концентрироваться в ряде случаев. Наибольшее загрязнение атмосферы приходится на долю оксидов углерода, соединений серы и азота, углеводородов и промышленной пыли. За год в атмосферу выбрасывается: 200 млн т оксида углерода, 20 млрд т диоксида углерода, 150 млн т диоксида серы, 53 - оксидов азота, 250 - пыли, 50 млн т различных углеводородов.

Каждая отрасль, каждый источник связаны с выделением специфических примесей. Источники промышленного загрязнения воздушного пространства могут быть классифицированы по основным признакам.

По назначению: а) технологические, после неполного улавливания на установках (рекуперация, абсорбция); продувки аппаратов; б) вентиляторные отсосы от оборудования и общеобменные вытяжки.

По месту расположения: а) высокие, находящиеся в зоне недеформированного потока (трубы и другие установки, поднимающие примеси на высоту 2,5 здания; б) затененные - 2,5 и ниже высоты здания; в) наземные - технологическое оборудование, канализация и т.д.

По геометрической форме: а) точечные (трубы, шахты, крышные вентиляторы); б) линейные (аэрационные фонари, открытые окна и т.д.).

По режиму работы: а) непрерывного действия; б) периодического действия; в) залповые - за короткий промежуток времени в воздух поступает значительное количество вредных веществ. Залповые случаются при авариях, сжигании быстрого-рящих отходов на спецплощадках уничтожения; г) мгновенные - длятся доли секунды с выбросами на значительную высоту при взрывных работах.

По дальности распространения: а) внутриплощадочные - на территории промплощадки - при больших санитарных зонах, до жилого района загрязнители не доходят; б) внеплощадочные - есть опасность превышения ПДК загрязнения воздуха населенных пунктов на территории жилого района.

Контроль выбросов промышленными предприятиями

Закон РФ «Об охране атмосферного воздуха» четко определяет такие меры охраны атмосферного воздуха, как установление санитарно-гигиенических норм ПДК, являющихся едиными для всей территории РФ, и ПДВ, характерных для данной территории.

Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями определяет ГОСТ 17.2.3.02-78, а методы разработки нормативов (ПДВ) и временно согласованных выбросов (ВСВ) - «Временная методика нормирования промышленных выбросов в атмосферу».

Величины ПДК разрабатываются специально уполномоченными государственными органами. Установление ПДК - длительный и сложный процесс, которому предшествуют многочисленные опыты на растениях и животных, проводимые в институтах АН РФ (ведущий - Институт общей и коммунальной гигиены). Сейчас установлены ПДК, измеряемые в мг/м?, для более чем тысячи соединений в воздухе. Почти в два раза больше ПДК, регламентированных для воды, размерность их - мг/дм?. Имеются соответствующие ПДК для почвы, пищевых продуктов.

Для воздуха различают максимально разовую дозу - ПДК_ам.р и среднесуточную - ПДК_ас.с (в дальнейшем индекс «а» будем опускать). Максимально разовая концентрация устанавливается из условия отсутствия рефлекторных реакций в организме при действии в течение 20 мин., среднесуточная - при круглосуточном действии. По величине ПДК различают 4 класса опасности вредных веществ, причем самый опасный - первый (для него обычно нет различия в ПДК_м.р. и ПДК_с.с.).

Научно обоснованные нормы ПДК в приземном слое атмосферы должны обеспечиваться контролем нормативов для всех источников выбросов - от стационарных до передвижных (транспортных). Такими нормативами являются ПДВ. Это - максимальные выбросы в единицу времени для данного приро-допользователя по данному компоненту, которые создают в приземном слое атмосферы концентрацию этого вещества С_i, не превышающую ПДК, с учетом фонового (существующего) загрязнения С_фi, и эффекта суммации веществ однонаправленного действия.

Концентрацию С_фi принимают по данным Центра санитарно-эпидемиологического надзора (ЦСЭН) в мг/м?; величину С_i в мг/м? для данного природопользователя рассчитывают по определенным методикам, учитывая условия рассеивания и массу выбросов М_i в г/с. Та максимальная масса, при которой выполняется условие по ПДК, и будет ПДВ_i в г/c. При расчете веществ однонаправленного действия используют специальные таблицы и методику, разработанную Главной геофизической обсерваторией им. А. Воейкова. Однонаправленными вредными веществами являются, например, оксиды серы и азота или различные соединения серы.

Величины ПДВ в зависимости от условий работы пересчи-тываются из граммов в секунду на тонны в квартал (и год). Расчет ПДВ проводится либо самим природопользователем, либо организацией, имеющей на это лицензию. Для транспортных средств величины ПДВ устанавливаются соответствующими ГОСТами и ОСТами как в виде величин выбросов для данного стандартного испытания, так и в виде пробеговых выбросов на километр пути.

Агропромышленный комплекс

Загрязнение атмосферы агропромышленным комплексом заключается в массовом распылении почвы при сельскохозяйственных работах на вспашке, бороновании, посеве, уходе за посевами, уборке урожая, первичной очистке, переработке зерна, транспортных работах, загрязнении при сушке, складировании свеклы, электролитами, нефтепродуктами.

К особому виду загрязнений относятся работы, связанные с применением пестицидов - средств защиты посевов от сорняков, вредителей, болезней, а также с работами по десикации и дефолиации растений, по замедлению роста отдельных частей растений.

Пестициды (от лат. pestis - зараза и саеdо - убиваю) - ядохимикаты - химические вещества, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителями зерна и зернопродуктов, древесины, бумаги, изделий из хлопка, шерсти, кожи и т.п., а также паразитами домашних животных, переносчиками опасных заболеваний человека и животных.

По объектам применения пестициды делятся на ряд групп: пестициды против клещей - акарициды, насекомых - инсектициды, круглых червей - нематоциды, бактерий - бактерициды, грибов - фунгициды, вредных позвоночных - зооциды, моллюсков - моллюскоциды, гербициды - нежелательной травянистой растительности - гербициды, кустарниковой и древесной растительности - арборициды. Есть химические вещества (зоо-циды), убивающие животных в различных стадиях развития (яйцо, личинка и т.д.).

Применение ретардантов позволяет замедлять рост соломины злаковых культурных растений, что уменьшает опасность полегания и повысить сохранность урожая (препарат ТУР и др.). Десикация - предуборочное подсушивание растений химическими средствами с целью ускорить их созревание и ускорить машинную уборку урожая сахарной свеклы, картофеля, бобов (тетрахлорфенол, динитраортокрезол и др.). Дефолиация - предуборочное искусственное удаление листьев у хлопчатника (цианамид кальция, хлорат магния и др.). Все ретарданты, десиканты и дефолианты ядовиты, применение их возможно при строгом соблюдении техники безопасности.

Электромагнитное и шумовое загрязнение

Электромагнитное загрязнение. Естественное магнитное поле земли ежедневно, ежечасно влияет на наше здоровье, а в ряде случаев - на жизнь или смерть. Такие поля стимулируют вспышки гриппа через 11,3 года, гипертония сопутствует геомагнитным бурям. В районе Курской магнитной аномалии отмечено повышенное проявление некоторых эндокринных и рефлекторных болезней. Искусственные источники магнитных полей также отрицательно влияют на окружающую человека среду. Санитарно-защитные зоны вдоль ЛЭП по обе стороны от проекций крайних проводов должны быть: 330 кВ - 20 м; 500 - 30; 750 - 40; 1150 кВ - 55 м.

Шумовое загрязнение. Ухо человека воспринимает в виде звука колебания, частота которых лежит в пределах от 17 до 20 тыс. Гц. С учетом особенностей слуха шумовое давление и интенсивность звука измеряют не в герцах, а в децибелах по шкале Ашумомера (дБ). Шум листвы и мерный шелест морского прибоя соответствует примерно 20 дБ. Принято считать, если интенсивность одного звука превышает интенсивность другого в 10 раз, то второй звук больше первого на 10 дБ, если в 100 - то на 20, в 10000 раз - на 40 дБ, т.е. между 20 и 130 дБ (предел слышимости человеческого уха) лежат огромные звуковые расстояния.

Значительное шумовое загрязнение создает автотранспорт: скоростные дороги - 87 дБ, магистральные улицы общегородского значения - 82, магистральные дороги районного значения - 81, мотоцикл - 110, отбойный молоток при дорожном ремонте - 120 дБ. В городской жизни наибольшее внимание обращает на себя транспорт, особенно рельсовый транспорт: трамвай - 60-65 дБ, железнодорожный транспорт на расстоянии 7,5 м от состава - 92 дБ, звук в 62-72 дБ на расстоянии 50-110 м от железной дороги вызывают жалобы населения. Серьезное шумовое загрязнение свойственно промышленности: ткацкие станки до 90-95 дБ, кузнечно-прессовые цеха до 105 дБ.

По данным австрийских ученых, в больших городах шум сокращает жизнь человека на 8-12 лет. У человека ухудшается сон, гормональная деятельность, понижается трудовая активность. ГОСТы по шуму разработаны для автомобильного транспорта, других видов наземного транспорта, служебных помещений, авиационного транспорта и т.д. Очень мало данных о влиянии шумов на диких и домашних животных. Эксперименты на крысах показали, что поколение, родившееся от животных, подвергаемых шумовым нагрузкам, более раздражительно за счет повышенной возбудимости, замечены отклонения деятельности в других органах и системах.

Шумы, как и большинство предметов и явлений, подвергаются картографированию. Соответствующие службы проводят анализы, принимаются организационные и градостроительные меры. В Барнауле в этом направлении проведены определенные научные и организационные мероприятия. Например, создание нового моста через р. Обь резко изменило потоки автомобилей и шумовое загрязнение города. Градостроительные проекты проходят (должны проходить) экологическую экспертизу, в т.ч. - и по шумовому загрязнению.

Почти 3000 японцев потребовали через суд от правительства своей страны компенсацию на общую сумму 2,25 млрд йен (свыше 17 млн долл.) за ущерб, который им наносит рев американских военных самолетов во время взлетов и посадок на авиабазе ВМС США Ацуги в префектуре Канагава, соседствующей с Токио (Алтайская правда. 1997. № 225).

Территориальное и трансграничное загрязнение атмосферного воздуха России

По данным Росгидромета, за пятилетний период с 1991 по 1995 гг. в результате значительного промышленного спада концентрации взвешенных веществ: диоксида серы, аммиака и бенз(а)пирена в атмосферном воздухе снизились на 12-25%. Сократились также средние из максимальных разовых концентраций этих примесей. Однако за эти же годы концентрации других примесей почти не изменились. По данным наблюдений, в 284 городах России на 664 станциях средние за год концентрации взвешенных веществ (пыли), диоксида азота, фенола, фторида водорода достигали 1 ПДК, сероуглерода - более 2 ПДК, формальдегида - 3 ПДК, бенз(а)пирена превышали 1 ПДК и стандарт Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в 2,6 раза. Максимальные разовые концентрации пыли; оксида, диоксида азота; аммиака; сероводорода; сероуглерода; фенола; формальдегида; фторида водорода больше 1 ПДК отмечались в 70-95% городов (в которых проводились исследования), концентрация фенола, диоксида азота, аммиака, сероуглерода и хлорида водорода больше 5 ПДК в 20-35% городов.

Ежегодно при анализе загрязненности выделялись города с наибольшим ее уровнем и вносились в приоритетный список. В этот «почетный» список, насчитывающий 42 города, за загрязнение воздуха в 1995 г. попали Ангарск, Новосибирск, Москва, Новокузнецк, Прокопьевск и другие, в том числе и г. Бийск. Основной вклад в высокий уровень загрязненности вносят предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, в некоторых городах котельные, а также автотранспорт (Зеленый мир. 1996. № 24 (230).

Расчеты зарубежных и российских служб показали, что от российских источников загрязнения с Европейской территории России (ЕТР) на территории западных стран выпало в 1994 г. окисленной серы 76 тыс. т, в то время как от этих стран на ЕТР выпало 775 тыс. т, т.е. в 10 раз больше. Существенно отметить, что выпадение окисленной серы на ЕТР от собственных источников составило 671 тыс. т, т.е. было меньше трансграничных. Наибольшее подкисление природной среды ЕТР происходит с территории Украины, Польши, Германии, Белоруссии и Эстонии. Трансграничный обмен выпадениями окисленного азота (Россия - другие страны) выразился соотношением 31:292 тыс. т, т.е. 1,0:9,4. Больше всего этого загрязнителя поступило от Украины, Германии, Польши, Великобритании и Финляндии. Обмен аммонийным азотом с другими европейскими странами выразился соотношением 24:106 тыс. т, т.е. от России загрязнителей шло в 4,4 раза меньше. Активность партнеров по степени убывания выстроилась в такой ряд: Польша, Румыния, Турция.

Расчеты метеорологического центра «Восток» европейской метеорологической программы показали, что за период 1991-1994 гг. на всей территории России в среднем выпадало 4580 тыс. т окисленной серы в год. Из этого количества 2096 тыс. т приходится на долю ЕТР, 1787 - Западной Сибири и 697 тыс. т - на долю Восточной Сибири. Доля «импортной» серы составила для: ЕТР - 38%, Западной Сибири - 12, Восточной Сибири - 8%. Общие закономерности по «импорту-экспорту», окисленного и восстановленного азота совпадают с экспортом-импортом окислов серы. Доля Казахстана и республик Средней Азии по аммонийному азоту была весьма существенной (13%) для Западной Сибири, доля Китая для Восточной Сибири составляла 207 тыс. т (64%).

С 1995 г. начали работать международные организации в рамках «Конвенции» по обоснованию и проведению мер борьбы с трансграничными загрязнениями наиболее опасными веществами, связанными с тяжелыми металлами и др. загрязнителями среды обитания человека (Зеленый мир. 1996. № 24 (230).

Фоновое загрязнение атмосферных осадков. Особую опасность с этой точки зрения представляют тяжелые металлы. В 1995 г. среднегодовые фоновые концентрации свинца в атмосферных осадках на территории России колебались в пределах 1,5-2,0 мкг/л. Как и в прошлые годы, наблюдалось аномально высокое содержание свинца в центральном районе ЕТР - 8,5 мкг/л. За год на подстилающую поверхность в фоновых районах выпало с атмосферными осадками от 0,45 (регион озера Байкал) до 5,1 мг/м? (центральные районы ЕТР) свинца. Традиционно повышенный уровень содержания ртути в осадках наблюдался в восточных регионах ЕТР и в регионе озера Байкал - около 3 мкг/л. Годовой поток ртути в этих регионах составил соответственно 0,71-0,92 мг/м?. Мониторинг других загрязнителей показывает различные тенденции. Например, в 1995 г. среднегодовая концентрация 3,4 - бенз(а)пирена в осадках составила 0,48-1,0 мг/л, что в 2-3 раза меньше, чем в начале 90-х годов. В 1995 г. среднегодовая концентрация хлорорганических пестицидов (ХОП) в атмосферных осадках на территориях сельскохозяйственных регионов России увеличилась по сравнению с 1994 г. На Северном Кавказе наблюдался максимальный для территории России поток годовой концентрации ХОП. Кислотность, как уже отмечалось, наиболее высокой была вдоль западных границ России.

На территории Алтайского края зарегистрировано 5093 предприятия, в их числе 3026 имеют выбросы в атмосферу. Однако далеко не все названные предприятия учтены и источники выбросов на них обследованы и контролируются. Сведения о количестве предприятий-загрязнителей по отраслям и категориям опасности имеются в открытой печати (Материалы, 2000). Анализ показывает, что предприятия первой категории опасности (48 шт.) сосредоточены в промышленном секторе, далее идут оборонный комплекс, теплоэнергетика. Другие многочисленные предприятия относятся ко второй (951 шт.) и третьей категории опасности (1335 шт.).

Размещено на Allbest.ru