Оценка экологического состояния придорожной территории улиц города Оренбурга

оценка экологического состояния

придорожной территории улиц города Оренбурга

 

Введение

экологическая придорожная территория загрязнение

Исследования по определению экологических  нагрузок, формирующихся при вымывании  пылегазовых примесей осадками в  виде дождя и снега в придорожной  территории являются особо актуальными.

Целью данной работы является оценка экологического состояния придорожной  территории улиц города Оренбурга.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать содержание загрязняющих  веществ в снежном покрове;

- определить pH атмосферных осадков;

- рассчитать коэффициент концентрации  загрязняющих веществ и показатели  химического загрязнения в атмосферных  осадках;

- дать оценку экологического  состояния придорожной территории  по pH и показателю химического загрязнения атмосферных осадков.

 

1. Анализ литературных данных  показателей загрязнения ОС

1.1 Анализ валовых показателей выбросов

Всего в России статус особо  загрязненных имеют 30 городов, в которых  проживает почти 20 млн. чел., или 15% населения  страны.Всего же в РФ каждый десятый город является городом с высоким уровнем загрязнения (всего городов - 1097), в том числе все города с населением более 1 млн. чел., 60% городов с населением от 500 тыс. до 1 млн., 25% - с численностью от 250 тыс. до 500 тыс. человек. В целом в городских агломерациях с высоким уровнем загрязнения живет более 50 млн. человек, что составляет более трети всех жителей России.

Рост российского автомобильного парка происходит в условиях существенных отставаний экологических показателей  отечественных автотранспортных средств  и используемых моторных топлив от мирового уровня, а также отставания в развитии и техническом оснащении  дорожной сети и состояния улиц и  дорог. Средний возраст автомобильного парка остается значительным и составляет в целом по стране 10,5 лет, а в отдельных регионах доходит до 14 лет.

К выбросам от самого автомобиля нужно  добавить выбросы, сопряженные с  его движением, складывающиеся из пыли, а также продуктов износа дорожных покрытий и автомобильных покрышек. По имеющимся оценкам, только за один год движущимся автотранспортом  поднимается в воздух около 4 млн. т минеральной пыли. В целом  транспортно-дорожный комплекс является одним из новых основным загрязнителем  воздуха - на его долю приходится 40% всех выбросов в РФ.

В особенности эта проблема затрагивает  крупные города. Например, в Москве объемы выбросов автомобилей превышают  объемы промышленных загрязнителей  в 12 раз, а по их сумме Москва находится  в первых рядах наиболее грязных  городов страны. Высока доля загрязнения  транспортными выбросами в Санкт-Петербурге, Уфе, Омске и в ряде других крупных  городах. При сохранении нынешних тенденций  через 10 лет автомобильный парк мира может достигнуть 1,5-1,7 млрд. единиц.

Сжигание автотранспортом топлива  повышает концентрации газов, тяжелых  металлов, твердых частиц, дает жидкие (загрязненная вода, масла) и твердые (сам автомобиль или его детали) отходы. На долю автомобилей приходится 25% сжигаемого топлива. За жизненный  цикл автомобиль выбрасывает в атмосферу 6 т углерода, 9 т углекислого газа, другие вещества. В нашей стране проблема усугубляется старением парка  автотранспорта - многие автомобили (особенно грузовой транспорт) имеют сроки  службы более 15-20 лет, выходящие за всякие разумные пределы. (2)

1.2 Источники и объекты  загрязнения окружающей среды

Загрязнением окружающей среды называется прямое или косвенное  негативное воздействие на нее, вызываемое антропогенной деятельностью.

В принципе, загрязнение может происходить и за счет естественных источников в результате природных процессов. Но большинство выбросов, связанных с этими причинами, как правило, не приносит окружающей среде особого вреда, так как не достигает опасных для нее концентраций за счет рассеивания, растворения, поглощения. Исключение составляют природные катастрофы или опасные природные явления, к которым относятся наводнения, землетрясения, сильный ветер, оползни, снежные лавины и засуха.

Территория России испытывает на себе влияние всего спектра  опасных природных явлений. В  последнее время ежегодно фиксируется  около 400 чрезвычайных ситуаций природного характера. 20% территории РФ подвержено воздействию землетрясений силой  более 7 баллов. Всего за последнее  десятилетие произошло более 100 землетрясений, среди которых несколько имели  катастрофические последствия. Землетрясения  занимают первое место по ущербу и  по числу человеческих жертв.

На втором месте по этим показателям находятся наводнения. В России угроза наводнений актуальна  для более чем 700 городов. Площади  затоплений колеблются от 50 до 400 тыс. км2. Наиболее опасными с точки зрения природных явлений в России являются Дальневосточный и Северо-Кавказский регионы.

Однако основные проблемы загрязнения связаны с деятельностью  человека, т.е. обусловлены искусственно созданными источниками, которые делятся  на стационарные (предприятия промышленности, сельского хозяйства и т.п.) и  передвижные (транспорт).

1.3 Процессы окисления  в атмосфере

Большинство газообразных примесей, выделяемых с поверхности  планеты в атмосферу в результате геологических и биологических  процессов, находится в восстановленной  форме или в виде оксидов с  низкой степенью окисления (сероводород, аммиак, метан, оксид азота и т. д.). В то же время анализ атмосферных  осадков показывает, что возвращаемые на поверхность планеты примеси  представлены в основном соединениями с высокой степенью окисления (серная кислота и сульфаты, азотная кислота  и нитраты, диоксид углерода). Таким  образом, атмосфера играет на планете  роль глобального окислительного резервуара.

Процессы окисления примесей в атмосфере могут протекать:

1) непосредственно в  газовой фазе;

2) в растворе, когда окислению  предшествует абсорбция частицами  воды;

3) на поверхности твердых  частиц, взвешенных в воздухе,  когда окислению предшествует  адсорбция примесей.

Окислительная способность  атмосферного воздуха не вызывает сомнений и подтверждается термодинамическими расчетами. Однако скорость процессов  окисления примесей непосредственно  молекулой кислорода в газовой  фазе при характерных для атмосферы  температурах и давлениях мала. Молекулы кислорода редко являются непосредственной причиной окисления примесей в газовой  фазе. Долгие годы протекание процессов  окисления в тропосфере связывали  с присутствием в ней озона  и пероксида водорода. Однако, как показали исследования последних десятилетий, основную роль в процессах окисления, протекающих в газовой фазе, играют свободные радикалы. Имея по одному не спаренному электрону на внешней электронной орбите, свободные радикалы являются сильными окислителями и принимают самое активное участие в процессах окисления примесей в газовой фазе атмосферы. (3)

1.4 Химические превращения  органических соединений в атмосфере

Фотохимическое превращение  метана и его гомологов в атмосфере  протекает по радикальному механизму. На первой стадии при взаимодействии с гидроксидным радикалом происходит образование соответствующего алкильного радикала:

R-CH₃ + HO > R-CH₂ + H₂O.

В случае превращения метана образовавшийся на первой стадии метальный  радикал при столкновении с молекулой  кислорода в присутствии третьего тела дает другую неустойчивую частицу -- метилпероксидный радикал:

CH₃ + O₂ + M > CH₃OO + M°

 

Метилпероксидный радикал в атмосфере разлагается с образованием метоксильного радикала по реакции:

2CH₃OO > O₂ + 2CH₃O.

Возможными являются и  процессы взаимодействия с оксидом  азота:

CH₃OO + NO > CH₃O + NO₂;

При взаимодействии метоксильного радикала с кислородом происходит образование формальдегида:

CH₃O + O₂ > CH₂O + HO₂.

Молекулы формальдегида  более устойчивы в атмосфере  и являются промежуточными продуктами окисления метана. При окислении  гомологов метана образуются соответствующие  альдегиды.

Оксид углерода при взаимодействии с гидроксидным радикалом образует диоксид углерода, который является конечной стадией окисления метана и его гомологов в атмосфере:

CO + OH > CO₂ + H.

Необходимо отметить, что  в процессе окисления органических соединений в атмосфере, протекающем  через ряд последовательных стадий, происходит образование органических радикалов, отличающихся высокой реакционной  способностью и малым временем жизни  в атмосфере, и достаточно устойчивых промежуточных продуктов окисления, которые часто являются значительно  более токсичными соединениями, чем  исходные вещества. (3)

 

1.5 Атмосферный цикл соединений  серы в тропосфере

Основные поступления  неорганических соединений серы в атмосферу  связаны с антропогенными источниками. На их долю приходится примерно 65 % всех поступлений неорганических соединений серы в атмосферу. Около 95 % из этого  количества составляет диоксид серы. Из природных источников поступления  неорганических соединений серы следует  выделить волновую деятельность в океанах, приводящую к образованию аэрозолей (в виде сульфатов магния и кальция). Биологические источники неорганических соединений серы выделяют преимущественно  сероводород, с которым в атмосферу  поступает по различным оценкам  от 23 до 49 % всех неорганических соединений серы.

Основным окислителем  соединений серы являются свободные  радикалы.

Сероводород, например, последовательно  в ряде стадий окисляется до SO₂:

H₂S + OH > H₂O + HS;

HS + O₂ > SO + OH;

SO + H₂O > SO₂ + OH.

Полученный в результате диоксид серы, как и SO₂, поступающий из других источников, окисляется далее. Механизм этого процесса подробно изучен.

Окисление диоксида серы может  протекать в газовой фазе -- первый путь, в твердой фазе (окислению  предшествует адсорбция) -- второй путь и в жидкой фазе (окислению предшествует абсорбция) -- третий путь.

Основной механизм процесса в газовой фазе (первый путь) связывали  с образованием диоксида серы в возбужденном состоянии, который, реагируя с молекулярным кислородом, образует SO₃. Образующийся SO₃ вступает во взаимодействие с молекулой воды:

SO₃ + H₂O > H₂SO₄.

Однако, как показали исследования, рассмотренный механизм не является основным процессом окисления SO₂ в газовой фазе.

Лабораторные эксперименты показали, что процесс окисления SO₂ в фотохимических камерах значительно ускоряется, если в воздухе содержатся оксиды азота или углеводороды. В этом случае становится возможным протекание процессов с участием атомарного кислорода и свободных радикалов.

С учетом научных данных можно утверждать, что этот процесс  следует учитывать только на высоте более 10 км при концентрации SO₂, равной 1 мкг/м³. Время пребывания диоксида серы на высоте 10 км при отсутствии других процессов должно составлять примерно 1 000 ч и уменьшаться на высоте 30 км до 5-10 ч.

Из того, что время  жизни диоксида серы в приземном  слое воздуха значительно отличается от расчетных значений, следует, что  реакция окисления SO₂ атомарным кислородом не играет существенной роли в трансформации соединений серы в тропосфере, а особая важность принадлежит свободным радикалам. Протекающие при этом процессы можно представить следующими уравнениями:

SO₂ + OH + M > HSO₃ + М?;

HSO₃ + HO₂ > SO₃ + 2OH;

SO₂ + CH₃O₂ > SO₃ + CH₃O.

Скорость трансформации  диоксида серы в воздухе, имеющем  средние для тропосферы значения концентраций свободных радикалов, составляет примерно 0,1 % в час, что  соответствует времени пребывания SO₂ в тропосфере, равному пяти суткам. Процесс трансформации диоксида серы резко ускоряется в воздухе промышленных регионов, где увеличивается содержание свободных радикалов.

Триоксид серы -- серный ангидрид -- легко взаимодействует с атмосферной влагой и образует растворы серной кислоты, которые, реагируя с аммиаком или ионами металлов, присутствующими в частицах атмосферной влаги, частично переходят в соответствующие сульфаты. Образование сульфатов происходит и в процессе окисления на поверхности твердых частиц, присутствующих в воздухе. В этом случае стадии окисления предшествует адсорбция, сопровождающаяся химической реакцией (второй путь окисления диоксида серы):

SO₂ + CaO > CaSO₃;

SO₂ + MgO > MgSO₃.

Оксиды железа, алюминия, хрома и других металлов (катализаторы) резко ускоряют процесс окисления  диоксида серы.

Третий путь окисления  диоксида серы в тропосфере связан с предварительной абсорбцией SO₂ каплями атмосферной влаги. В дождливую погоду и при высокой влажности атмосферы этот путь окисления может стать основным в процессе трансформации диоксида серы. В качестве окислителя в природных условиях часто выступает пероксид водорода. При высоких значениях рН, когда растворе в основном находятся ионы, скорость окисления заметно возрастает.

Конечным продуктом окисления, как и в случае окисления в  газовой фазе, является серная кислота, которая в дальнейшем может перейти  в сульфаты.

В случае выпадения дождевых осадков над территорией практически  все соединения серы будут выведены из атмосферы в виде кислотного дождя.

Вывод состоит в необходимости  контроля содержания в атмосфере  не только диоксида серы, но и серной кислоты и сульфатов. Контроль за этими соединениями становится особенно важным при удалении от источника  выброса SO₂. (3)

1.6 Соединения азота в  тропосфере

Соединения азота в  тропосфере представлены в основном оксидами азота, аммиаком и солями аммония, а также азотной кислотой и  нитратами. Среди оксидов следует  выделить гемиоксид азота (N₂О), оксид азота (NO) и диоксид азота (NO₂). Другие соединения азота с кислородом (NO₃, N₂O₃, N₂O₄, N₂O₅) в условиях тропосферы являются неустойчивыми и разлагаются по следующим уравнениям:

N₂O₃ + hн > NO + NO₂;

N₂O₄ + hн > 2NO₂;