Время
«жизни» газов и аэрозолей
в атмосфере колеблется в очень
широком диапазоне (от 1 – 3 минут
до нескольких месяцев) и зависит
в основном от их химической
устойчивости размера (для аэрозолей)
и присутствия реакционно- способных
компонентов (озон, пероксид водорода
и др.).
Оценка
и тем более прогноз состояния
приземной атмосферы являются
очень сложной проблемой. В
настоящее время ее состояние
оценивается главным образом
по нормативному подходу. Величины
ПДК токсических химических веществ
и другие нормативные показатели
качества воздуха приведены во
многих справочниках и руководствах.
В таком руководстве для Европы
кроме токсичности загрязняющих
веществ (канцерогенное, мутагенное,
аллергенное и другие воздействия)
учитываются их распространенность
и способность к аккумуляции
в организме человека и пищевой
цепи. Недостатки нормативного подхода
– ненадежность принятых значений
ПДК и других показателей из-за
слабой разработанности их эмпирической
наблюдательной базы, отсутствие
учета совместного воздействия
загрязнителей и резких изменений
состояния приземного слоя атмосферы
во времени и пространстве. Стационарных
постов наблюдения за воздушным
бассейном мало, и они не позволяют
адекватно оценить его состояние
в крупных промышленно – урбанизированных
центрах. В качестве индикаторов
химического состава приземной
атмосферы можно использовать
хвою, лишайники, мхи. На начальном
этапе выявления очагов радиоактивного
загрязнения, связанных с чернобыльской
аварией, изучалась хвоя сосны,
обладающая способностью накапливать
радионуклиды, находящиеся в воздухе.
Широко известно покраснение
игл хвойных деревьев в периоды
смогов в городах.
Наиболее
чутким и надежным индикатором
состояния приземной атмосферы
является снеговой покров, депонирующий
загрязняющие вещества за сравнительно
длительный период времени и
позволяющий установить местоположение
источников пылегазовыбросов по
комплексу показателей. В снеговых
выпадениях фиксируются загрязнители,
которые не улавливаются прямыми
измерениями или расчетными данными
по пылегазовыбросам.
К
перспективным направлениям оценки
состояния приземной атмосферы
крупных промышленно – урбанизированных
территорий относится многоканальное
дистанционное зондирование. Преимущество
этого метода заключается в
способности быстро, неоднократно
и в «одном ключе» охарактеризовать
большие площади. К настоящему
времени разработаны способы
оценки содержания в атмосфере
аэрозолей. Развитие научно-технического
прогресса позволяет надеяться
на выработку таких способов
и в отношении других загрязняющих
веществ.
Прогноз
состояния приземной атмосферы
осуществляется по комплексным
данным. К ним прежде всего
относятся результаты мониторинговых
наблюдений, закономерности миграции
и трансформации загрязняющих
веществ в атмосфере, особенности
антропогенных и природных процессов
загрязнения воздушного бассейна
изучаемой территории, влияние метеопараметров,
рельефа и других факторов
на распределение загрязнителей
в окружающей среде. Для этого
в отношении конкретного региона
разрабатываются эвристичные модели
изменения приземной атмосферы
во времени и пространстве. Наибольшие
успехи в решении этой сложной
проблемы достигнуты для районов
расположения АЭС. Конечный результат
применения таких моделей –
количественная оценка риска
загрязнения воздуха и оценка
его приемлемости с социально-экономической
точки зрения.
Химическое загрязнение атмосферы
Под
загрязнением атмосферы следует
понимать изменение ее состава
при поступлении примесей естественного
или антропогенного происхождения.
Вещества-загрязнители
бывают трех видов: газы, пыль
и аэрозоли. К последним относятся
диспергированные твердые частицы,
выбрасываемые в атмосферу и
находящиеся в ней длительное
время во взвешенном состоянии.
К
основным загрязнителям атмосферы
относятся углекислый газ, оксид
углерода, диоксиды серы и азота,
а также малые газовые составляющие,
способные оказывать влияние
на температурный режим тропосферы:
диоксид азота, галогенуглероды
(фреоны), метан и тропосферный
озон.
Основной
вклад в высокий уровень загрязнения
воздуха вносят предприятия черной
и цветной металлургии, химии
и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики,
целлюлозно-бумажной промышленности,
а в некоторых городах и
котельные.
Источники
загрязнений - теплоэлектростанции,
которые вместе с дымом выбрасывают
в воздух сернистый и углекислый
газ, металлургические предприятия,
особенно цветной металлургии,
которые выбрасывают в воздух
окислы азота, сероводород, хлор,
фтор, аммиак, соединения фосфора,
частицы и соединения ртути
и мышьяка; химические и цементные
заводы. Вредные газы попадают
в воздух в результате сжигания
топлива для нужд промышленности,
отопления жилищ, работы транспорта, сжигания
и переработки бытовых и промышленных
отходов.
Атмосферные
загрязнители разделяют на первичные,
поступающие непосредственно в
атмосферу, и вторичные, являющиеся
результатом превращения последних.
Так, поступающий в атмосферу
сернистый газ окисляется до
серного ангидрида, который взаимодействует
с парами воды и образует
капельки серной кислоты. При
взаимодействии серного ангидрида
с аммиаком образуются кристаллы
сульфата аммония. Подобным образом,
в результате химических, фотохимических,
физико-химических реакций между
загрязняющими веществами и компонентами
атмосферы, образуются другие
вторичные признаки. Основным источником
пирогенного загрязнения на планете
являются тепловые электростанции,
металлургические и химические
предприятия, котельные установки,
потребляющие более 170% ежегодно
добываемого твердого и жидкого
топлива.
Основными
вредными примесями пирогенного
происхождения являются следующие:
а) Оксид углерода. Получается
при неполном сгорании углеродистых
веществ. В воздух он попадает
в результате сжигания твердых
отходов, с выхлопными газами
и выбросами промышленных предприятий.
Ежегодно этого газа поступает
в атмосферу не менее 250 млн.
т. Оксид углерода является
соединением, активно реагирующим
с составными частями атмосферы
и способствует повышению температуры
на планете, и созданию парникового
эффекта. б) Сернистый ангидрид.
Выделяется в процессе сгорания
серо-содержащего топлива или
переработки сернистых руд (до
70 млн. т. в год). Часть соединений
серы выделяется при горении
органических остатков в горнорудных
отвалах. Только в США общее
количество выброшенного в атмосферу
сернистого ангидрида составило
85 процентов от общемирового выброса.
в) Серный ангидрид. Образуется
при окислении сернистого ангидрида.
Конечным
продуктом реакции является аэрозоль
или раствор серной кислоты
в дождевой воде, который подкисляет
почву, обостряет заболевания
дыхательных путей человека. Выпадение
аэрозоля серной кислоты из
дымовых факелов химических предприятий
отмечается при низкой облачности
и высокой влажности воздуха.
Пирометаллургические предприятия
цветной и черной металлургии,
а также ТЭС ежегодно выбрасывают
в атмосферу десятки миллионов
тонн серного ан гидрида. г)
Сероводород и сероуглерод. Поступают
в атмосферу раздельно или
вместе с другими соединениями
серы. Основными источниками выброса
являются предприятия по изготовлению
искусственного волокна, сахара,
коксохимические, нефтеперерабатывающие,
а также нефтепромыслы. В атмосфере
при взаимодействии с другими
загрязнителями подвергаются медленному
окислению до серного ангидрида.
д) Оксиды азота. Основными
источниками выброса являются предприятия,
производящие; азотные удобрения, азотную
кислоту и нитраты, анилиновые красители,
нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид.
Количество оксидов азота, поступающих
в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.
е) Соединения фтора. Источниками загрязнения
являются предприятия по производству
алюминия, эмалей, стекла, керамики. стали,
фосфорных удобрений. Фторосодержащие
вещества поступают в атмосферу в виде
газообразных соединений - фтороводорода
или пыли фторида натрия и кальция.
Соединения
характеризуются токсическим эффектом.
Производные фтора являются сильными
инсектицидами. ж) Соединения
хлора. Поступают в атмосферу
от химических предприятий, производящих
соляную кислоту, хлоросодержащие
пестициды, органические красители,
гидролизный спирт, хлорную известь,
соду. В атмосфере встречаются
как примесь молекулы хлора
и паров соляной кислоты. Токсичность
хлора определяется видом соединений
и их концентрацией.
В
металлургической промышленности
при выплавке чугуна и при
переработке его на сталь происходит
выброс в атмосферу различных
тяжелых металлов и ядовитых
газов. Так, в расчете на I т.
предельного чугуна выделяется
кроме
2,7 кг
сернистого газа и 4,5 кг пылевых
частиц, определяющих количество
соединений мышьяка, фосфора,
сурьмы, свинца, паров ртути и
редких металлов, смоляных веществ
и цианистого водорода.
Объем
выбросов загрязняющих веществ
в атмосферу от стационарных
источников на территории России
составляет около 22 – 25 млн.
т. в год.
Аэрозольное загрязнение атмосферы
Из
естественных и антропогенных
источников в атмосферу ежегодно
поступают сотни миллионов тонн
аэрозолей. Аэрозоли - это твердые
или жидкие частицы, находящиеся
во взвешенном состоянии в
воздухе. Аэрозоли разделяются
на первичные (выбрасываются из
источников загрязнения), вторичные
(образуются в атмосфере), летучие
(переносятся на далекие расстояния)
и нелетучие (отлагаются на
поверхности вблизи зон пылегазовыбросов).
Устойчивые и тонкодисперсные
летучие аэрозоли - (кадмий, ртуть,
сурьма, йод-131 и др.) имеют тенденцию
накапливаться в низинах, заливах
и других понижениях рельефа,
в меньшей степени на водоразделах.
К
естественным источникам относят
пыльные бури, вулканические извержения
и лесные пожары. Газообразные
выбросы (например, SO2) приводят к
образованию в атмосфере аэрозолей.
Несмотря на то, что время пребывания
в тропосфере аэрозолей исчисляется
несколькими сутками, они могут
вызвать снижение средней температуры
воздуха у земной поверхности
на 0,1 – 0,3С0.
Не
меньшую опасность для атмосферы
и биосферы представляют аэрозоли
антропогенного происхождения, образующиеся
при сжигании топлива либо
содержащиеся в промышленных
выбросах.
Средний
размер аэрозольных частиц составляет
1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно
поступает около 1 куб. км пылевидных
частиц искусственного происхождения.
Большое количество пылевых частиц
образуется также в ходе производственной
деятельности людей. Сведения
о некоторых источниках техногенной
пыли приведены в таблице 1
.
ТАБЛИЦА
1
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ
ПРОЦЕСС ВЫБРОС ПЫЛИ, МЛН. Т/ГОД
1.Сжигание
каменного угля- 93,6
2.Выплавка
чугуна- 20,21
3.Выплавка
меди (без очистки)- 6,23
4.Выплавка
цинка- 0,18
5.Выплавка
олова (без очистки)- 0,004
6.Выплавка
свинца- 0,13
7.Производство
цемента- 53,37
Основными
источниками искусственных аэрозольных
загрязнений воздуха являются
ТЭС, которые потребляют уголь
высокой зольности, обогатительные
фабрики, металлургические. цементные,
магнезитовые и сажевые заводы.
Аэрозольные
частицы от этих источников
отличаются большим разнообразием
химического состава. Чаще всего
в их составе обнаруживаются
соединения кремния, кальция и
углерода, реже - оксиды металлов: желеэа,
магния, марганца, цинка, меди, никеля,
свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка,
бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена,
а также асбест. Они содержатся
в выбросах предприятий теплоэнергетики,
черной и цветной металлургии,
стройматериалов, а также автомобильного
транспорта. Пыль, осаждающаяся в
индустриальных районах, содержит
до 20% оксида железа, 15% силикатов
и 5% сажи, а также примеси различных
металлов (свинец, ванадий, молибден,
мышьяк, сурьма и т.д.).
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 перерабатываюшей 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.