Загрязнение атмосферы на территории России

Способность атмосферы к самоочищению зависит также от величины ПЗА (потенциала загрязнения атмосферы).Чем ниже значение ПЗА, тем способность к самоочищению у атмосферы выше.

Потенциал загрязнения атмосферы(ПЗА) – широко используемая на практике косвенная характеристика рассеивающих способностей атмосферы. Эта величина представляет собой отношение гипотетических среднегодовых (среднесезонных) приземных концентраций примесей от антропогенных источников в данной точке пространства к аналогичным значениям концентрации от таких же источников в некотором «эталонном» районе, где рассеяние примеси принимается наилучшим, а концентрации, соответственно, минимальными.

Такая характеристика как ПЗА удобна в том отношении, что не требует  сведений непосредственно об измеренных значениях концентрации или источниках загрязнения, а предполагает известными лишь такие климатические характеристики как вероятности слабого ветра (менее 1 м/с), приземных инверсий температуры и туманов (см. рис.3).

Рисунок 3.Метеорологические условия, определяющие перенос и рассеивание примесей в атмосфере

(по материалам сайта http://www.nii-atmosphere.ru)

Зоны потенциала загрязнения атмосферы: I - низкий, II - умеренный, III -повышенный, IV - высокий, V - очень высокий.

Территория России характеризуется большим разнообразием климатических условий, определяющих потенциал загрязнения атмосферы, т. е. перенос и рассеивание примесей, поступающих в воздушный бассейн города с выбросами предприятий и автотранспорта[8]. Они определяют«климат» качества воздуха и частоту эпизодов высокого загрязнения. Выделено пять зон с различными условиями рассеивания примесей. Низкий потенциал загрязнения наблюдается на северо-западе Европейской части России (зона I и II). Особенно неблагоприятные условия для рассеивания (очень высокий потенциал) создаются в Восточной Сибири (зона V).

Согласно последним исследованиям [23],атмосфера способна к самоочищению в большей мере, чем представлялось – прямые измерения с помощью  новейших лазерных технологий наряду с компьютерным моделированием установили, что химические группы, разлагающие смог и другие загрязняющие агенты, в атмосфере присутствуют в концентрации, которая на 20% выше предполагаемой прежними вычислениями.

Среди загрязнителей атмосферы  Земли главным компонентом являются углеводороды – продукты сжигаемого на планете топлива. А способов самоочищения у нее 3, два из которых относительно непосредственны. В одном случае атмосферные примеси собираются на каплях воды из облаков и затем выливаются в виде дождя, в другом – молекулы атмосферных углеводородов распадаются под воздействием солнечного света. Третий путь – в химическом разрушении вредных веществ. И на нем сконцентрировали внимание исследователи процессов в воздушной оболочке Земли из американского Университета Пэрдью (Purdue University) – авторы статьи, которая появилась в майском номере 2005 года Трудов Национальной Академии Наук (Proceedings of the National Academy of Sciences) США. Речь в ней шла об образуемых в атмосфере реактивных группах, а именно – о так называемых гидроксильных радикалах, или радикалах ОН, которые, присоединяясь к углеводородам, делят их на инертные части.

Эти радикалы образуются в атмосфере  вполне естественно из многих ее компонентов, и воздействие, которое они могут  оказывать на загрязняющие включения, учитывалось моделями, которые пытаются предсказать степень самоочищаемости атмосферы при постоянном увеличении производимых смогом углеводородов, и прежде. Однако модели не работали, потому что никто точно не знал, сколько в атмосфере может быть этих самых гидроксильных радикалов. Эксперименты, проведенные с использованием лазерных технологий,разработанных в Калифорнийском Университете Сан-Диего (University of California at San Diego), позволили взглянуть на их образование по-новому, точнее, они позволили выделить прежде недоступную ту часть ультрафиолетового спектра (с длиной волны от 360 до 630 нм), которую поглощают некоторые из образующих ОН-группы молекул. И здесь оказалась скрыта немалая часть химических процессов,в том числе и образование спасительных для атмосферы, а, следовательно, и для планеты радикалов. Согласно модели американских фотохимиков Джозефа Франциско,Амитабха Синха и Джейми Мэтьюса, этих групп может быть на 20% больше, чем думали.

Так или иначе, но возможности природных систем самоочищения атмосферы в современных условиях серьезно подорваны. Под массированным натиском антропогенных загрязнений атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие экологические функции.

 

Глава 3. Характеристика антропогенного загрязнения воздушной  среды России

3.1. Антропогенные источники загрязнения  атмосферы

Загрязнение атмосферы может иметь  естественное (природное) и искусственное (антропогенное) происхождение (см.рис. 4).

Рисунок 4.Источники загрязнения  атмосферы

Источники антропогенного загрязнения атмосферы - источники  загрязнения атмосферы, обусловленные  деятельностью человека.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на:1) газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); 3) твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа,смолистые вещества и прочие)[11].

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в  процессе производственной и иной деятельности человека — диоксид серы (SO2), оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в общем объеме выбросов вредных веществ. Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70наименований вредных веществ, среди которых — формальдегид, фтористый водород,соединения свинца, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако именно концентрации главных загрязнителей (диоксид серы и др.) наиболее часто превышают допустимые уровни во многих городах России (см. таблицу 1).

Таблица 1

Выбросы в атмосферу главных загрязнителей в мире (1990 г.) и в России (1991г.)

Выбросы	Вещества, млн. т
	Диоксид серы	Оксиды азота	Оксиды углерода	Твердые частицы	Всего
По всему миру	99	68	177	57	401
По России (по стационарным источникам)	9,2	3,0	7,6	6,4	26,2
По России (по всем источникам), в процентах	12	5,8	5,6	12,2	13,2

В настоящее время  основной вклад в загрязнение  атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли:теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные  и др.), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт, предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов (см. таблицу 2).

 

Таблица 2

Содержание основных загрязнителей, выбрасываемых 
в атмосферу (в %)

Источник загрязнения	Монооксид углерода	Диоксид серы	Оксиды азота	Углеводороды	Другие
Двигатель внутреннего  сгорания	91,5	3,8	46,0	63,0	8,5
Промышленность	2,8	34,8	15,4	21,0	50,0
Электростанции	1,5	46,0	23,6	5,0	25,0
Различные топки и  пр.	4,2	15,6	15,0	11,0	16,5
Всего	100	100	100	100	100

Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы  в развитых промышленных странах  Запада несколько иная.Так, например, основное количество выбросов вредных  веществ в США, Великобритании и  ФРГ приходится на автотранспорт (50—60%), тогда как на долю теплоэнергетики значительно меньше, всего 16—20%.

Тепловые и  атомные электростанции.Котельные  установки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного(диоксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.) сгорания. Объем энергетических выбросов очень велик. Так, современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн. кВт расходует до 20 тыс. т. угля в сутки и выбрасывает в атмосферу в сутки 680 т SO2 и SO3, 120 140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 т оксидов азота[5].

Перевод установок на жидкое топливо(мазут) снижает выбросы  золы, но практически не уменьшает  выбросы оксидов серы и азота. Наиболее экологичное газовое топливо, которое в три раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в пять раз меньше, чем уголь.

Источники загрязнения  воздуха токсичными веществами на атомных  электростанциях (АЭС) — радиоактивный  йод,радиоактивные инертные газы и  аэрозоли. Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы — отопительная система жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания. Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентрациях рассеиваются вблизи котельных установок.

Черная и  цветная металлургия. При выплавке одной тонны стали, в атмосферу выбрасывается0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксидов серы и до 0,05 т оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители, как марганец, свинец, фосфор,мышьяк, пары ртути и др. В процессе сталеплавильного производства в атмосферу выбрасываются парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ.

Значительные выбросы  отходящих газов и пыли, содержащих токсичные вещества, отмечаются на заводах цветной металлургии при переработке свинцово-цинковых, медных, сульфидных руд, при производстве алюминия и др.

Химическое  производство. Выбросы этой отрасли, хотя и невелики по объему (около 2%всех промышленных выбросов), тем не менее, ввиду своей весьма высокой токсичности,значительного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека и всей биоты. На разнообразных химических производствах атмосферный воздух загрязняют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные газы (смесь оксидов азота, хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т. п.).

Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколько сот миллионов автомобилей,которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего, в крупных городах. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содержат огромное количество токсичных соединений — бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения этилированного бензина).

Наибольшее количество вредных веществ в составе  отработавших газов образуется при  не отрегулированной топливной системе  автомобиля. Правильная ее регулировка  позволяет снизить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в шесть и более раз.

Интенсивное загрязнение  атмосферного воздуха отмечается также  при добыче и переработки минерального сырья, на нефте- и газоперерабатывающих заводах, при выбросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжигании мусора и горении пород в отвалах(терриконах) и т. д. В сельских районах очагами загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы по производству мяса, распыление пестицидов и т. д.

«Каждый житель Земли  — это и потенциальная жертва стратегических (трансграничных) загрязнений». Под трансграничными загрязнениями понимают загрязнения, перенесенные с территории одной страны на площадь другой. Только в 1994 г. на европейскую часть России из-за невыгодного ее географического положения выпало 1204 тыс. т.соединений серы от Украины, Германии, Польши и других стран. В то же время в других странах от российских источников загрязнения выпало только 190 тыс. т.серы, т. е. в 6,3 раза меньше.

3.2. Показатели загрязнения  воздуха

Для определения уровня загрязнения атмосферы используются следующие характеристики загрязнения  воздуха:

1. средняя концентрация  примеси в воздухе, мг/м3 или  мкг/м3 (qср);

2. среднее квадратическое отклонение qср, мг/м3 или мкг/м3 (бср);

3. максимальная(измеренная  за 20 мин) разовая концентрация  примеси, мг/м3 или мкг/м3 (qм);

Загрязнение воздуха  определяется по значениям средних  и максимальных разовых концентраций примесей. Степень загрязнения оценивается при сравнении фактических концентраций с ПДК.

ПДК - предельно допустимая концентрация примеси для населенных мест, установленная Минздравом России.Значения ПДК даны в работе «Перечень и  коды веществ, загрязняющих атмосферный  воздух»[20]. Для некоторых веществ значения ПДК даны в таблице 3.

Таблица 3

Значения ПДК,мкг/м3

Вещество	24 часа	20 мин.
Азота диоксид	40	200
Аммиак	40	200
Бенз(а)пирен	0,001
Озон	30	160
Сажа	50	150
Свинец	0,3	1,0
Серы диоксид	50	500
Сероуглерод	5	30
Сероводород	-	8
Взвешенные вещества	150	500
Углерода оксид,мг/м3	3	5
Формальдегид	3	35
Фторид водорода	5	20

Средние концентрации сравниваются с ПДК среднесуточными, максимальные из разовых концентраций - с ПДК  максимальными разовыми.

В качестве обязательных статистических характеристик используются:

1. повторяемость, %,разовых  концентраций примеси в воздухе  выше предельно допустимой концентрации(ПДК)  данной примеси (g);

2. повторяемость, %,разовых  концентраций примеси в воздухе  выше 5 ПДК (g1);

3. число случаев концентраций примесей в воздухе, превышающих 10 ПДК.