Основні екологічні наслідки забруднення атмосфери та проблеми її охорони

Здатність атмосфери до самоочищення залежить також від величини ПЗА (потенціалу забруднення атмосфери). Чим нижче значення ПЗА, тим здатність до самоочищення у атмосфери вище.

Потенціал забруднення атмосфери (ПЗА) - широко використовувана на практиці непряма характеристика розсіюючих здібностей атмосфери. Ця величина являє собою відношення гіпотетичних середньорічних (середньосезонних) приземних концентрацій домішок від антропогенних джерел в даній точці простору до аналогічним значенням концентрації від таких же джерел в якомусь еталонному »районі, де розсіювання домішки приймається найкращим, а концентрації, відповідно, мінімальними.

Така характеристика як ПЗА зручна в тому відношенні, що не вимагає відомостей безпосередньо про виміряних значеннях концентрації або джерелах забруднення, а передбачає відомими лише такі кліматичні характеристики як імовірності слабкого вітру (менше 1 м / с), приземних інверсій температури і туманів (див. рис .3).

Малюнок 3. Метеорологічні умови, що визначають перенос і розсіювання домішок в атмосфері

(За матеріалами сайту http://www.nii-atmosphere.ru)

Зони потенціалу забруднення атмосфери: I - низький, II - помірний, III - підвищений, IV - високий, V - дуже високий.

Територія Росії характеризується великою різноманітністю кліматичних умов, що визначають потенціал забруднення атмосфери, тобто перенесення і розсіювання домішок, що надходять в повітряний басейн міста з викидами підприємств та автотранспорту [8]. Вони визначають «клімат» якості повітря і частоту епізодів високого забруднення. Виділено п'ять зон з різними умовами розсіювання домішок. Низький потенціал забруднення спостерігається на північно-заході Європейської частини Росії (зона I і II). Особливо несприятливі умови для розсіювання (дуже високий потенціал) створюються в Східному Сибіру (зона V).

 

Згідно з останніми дослідженнями [23], атмосфера здатна до самоочищення в більшій мірі, ніж уявлялося - прямі вимірювання за допомогою новітніх лазерних технологій поряд з комп'ютерним моделюванням встановили, що хімічні групи, які розкладають зміг і інші забруднюючі агенти, в атмосфері присутні у концентрації, яка на 20% вище передбачуваної колишніми обчисленнями.

Серед забруднювачів атмосфери Землі головним компонентом є вуглеводні - продукти спалюваного на планеті палива. А способів самоочищення у неї 3, два з яких щодо безпосередні. В одному випадку атмосферні домішки збираються на краплях води з хмар і потім виливаються у вигляді дощу, в іншому - молекули атмосферних вуглеводнів розпадаються під впливом сонячного світла. Третій шлях - у хімічному руйнуванні шкідливих речовин. І на ньому сконцентрували увагу дослідники процесів у повітряній оболонці Землі з американського Університету Пердью (Purdue University) - автори статті, яка з'явилася в травневому номері 2005 Праць Національної Академії Наук (Proceedings of the National Academy of Sciences) США. У ній ішлося про утворених в атмосфері реактивних групах, а саме - про так званих гідроксильних радикалів, або радикалах ОН, які, приєднуючись до вуглеводнів, ділять їх на інертні частини.

Ці радикали утворюються в атмосфері цілком природно з багатьох її компонентів, і вплив, який вони можуть надавати на забруднюючі включення, враховувалося моделями, які намагаються передбачити ступінь самоочіщаемості атмосфери при постійному збільшенні вироблених смогом вуглеводнів, і колись. Однак моделі не працювали, тому що ніхто точно не знав, скільки в атмосфері може бути цих самих гідроксильних радикалів. Експерименти, проведені з використанням лазерних технологій, розроблених в Каліфорнійському Університеті Сан-Дієго (University of California at San Diego), дозволили поглянути на їхню освіту по-новому, точніше, вони дозволили виділити перш недоступну ту частину ультрафіолетового спектру (з довжиною хвилі від 360 до 630 нм), яку поглинають деякі з утворюють ОН-групи молекул. І тут виявилася прихована чимала частина хімічних процесів, в тому числі і освіта рятівних для атмосфери, а, отже, і для планети радикалів. Відповідно до моделі американських фотохіміков Джозефа Франциско, Амітабха Сінха і Джеймі Метьюса, цих груп може бути на 20% більше, ніж думали.

Так чи інакше, але можливості природних систем самоочищення атмосфери в сучасних умовах серйозно підірвані. Під масованим натиском антропогенних забруднень атмосферне повітря вже не повною мірою виконує свої захисні, терморегулюючі і життєзабезпечуючі екологічні функції.

 

Глава 3. Характеристика антропогенного забруднення повітряного середовища Росії

3.1. Антропогенні джерела забруднення атмосфери

Забруднення атмосфери може мати природне (природне) і штучне (антропогенне) походження (див. рис. 4).

Малюнок 4. Джерела забруднення атмосфери

Джерела антропогенного забруднення атмосфери - джерела забруднення атмосфери, обумовлені діяльністю людини.

За агрегатним станом викиди шкідливих речовин в атмосферу класифікуються на: 1) газоподібні (діоксид сірки, оксиди азоту, оксид вуглецю, вуглеводні та ін), 2) рідкі (кислоти, луги, розчини солей та ін); 3) тверді (канцерогенні речовини, свинець та його сполуки, органічна та неорганічна пил, сажа, смолисті речовини та інші) [11].

Головні забруднювачі (поллютантами) атмосферного повітря, які утворюються в процесі виробничої та іншої діяльності людини - діоксид сірки (SO 2), оксид вуглецю (СО) і тверді частинки. На їх частку доводиться близько 98% у загальному обсязі викидів шкідливих речовин. Крім головних забруднювачів, в атмосфері міст і селищ спостерігається ще більше 70 найменувань шкідливих речовин, серед яких - формальдегід, фтористий водень, сполуки свинцю, аміак, фенол, бензол, сірковуглець та ін Однак саме концентрації головних забруднювачів (діоксид сірки та ін) найбільш часто перевищують допустимі рівні в багатьох містах Росії (див. таблицю 1).

Таблиця 1

Викиди в атмосферу головних забруднювачів у світі (1990 р.) і в Росії (1991 р.)

 

Викиди				Речовини, млн. т
				Діоксид сірки	Оксиди азоту	Оксиди вуглецю	Тверді частинки	Всього
По всьому світу	99		68	177	57	401
По Росії (по стаціонарних джерел)	9,2		3,0	7,6	6,4	26,2
По Росії (за всіма джерелами), у відсотках	12		5,8	5,6	12,2	13,2

 

В даний час основний внесок у забруднення атмосферного повітря на території Росії вносять наступні галузі: теплоенергетика (теплові та атомні електростанції, промислові та міські котельні тощо), далі підприємства чорної металургії, нафтовидобутку і нафтохімії, автотранспорт, підприємства кольорової металургії і виробництво будматеріалів ( див. таблицю 2).

 

Таблиця 2

Зміст основних забруднювачів, що викидаються

в атмосферу (у%)

 

Джерело забруднення	Монооксид вуглецю	Діоксид сірки	Оксиди азоту	Вуглеводні	Інші
Двигун внутрішнього згоряння	91,5	3,8	46,0	63,0	8,5
Промисловість	2,8	34,8	15,4	21,0	50,0
Електростанції	1,5	46,0	23,6	5,0	25,0
Різні топки і пр.	4,2	15,6	15,0	11,0	16,5
Всього	100	100	100	100	100

 

Роль різних галузей господарства у забрудненні атмосфери в розвинених промислових країнах Заходу дещо інша. Так, наприклад, основна кількість викидів шкідливих речовин в США, Великобританії та ФРН припадає на автотранспорт (50-60%), тоді як на частку теплоенергетики значно менше, всього 16-20%.

Теплові та атомні електростанції. Котельні установки. У процесі спалювання твердого або рідкого палива в атмосферу виділяється дим, що містить продукти повного (діоксид вуглецю і пари води) і неповного (оксиди вуглецю, сірки, азоту, вуглеводні і ін) згоряння. Обсяг енергетичних викидів дуже великий. Так, сучасна теплоелектростанція потужністю 2,4 млн. кВт витрачає до 20 тис. т. вугілля на добу і викидає в атмосферу в добу 680 т SO 2 і SO 3, 120 - 140 т твердих частинок (зола, пил, сажа), 200 т оксидів азоту [5].

Переведення установок на рідке паливо (мазут) знижує викиди золи, але практично не зменшує викиди оксидів сірки і азоту. Найбільш екологічне газове паливо, яке в три рази менше забруднює атмосферне повітря, ніж мазут, і в п'ять разів менше, ніж вугілля.

Джерела забруднення повітря токсичними речовинами на атомних електростанціях (АЕС) - радіоактивний йод, радіоактивні інертні гази та аерозолі. Великий джерело енергетичного забруднення атмосфери - опалювальна система жител (котельні установки) дає мало оксидів азоту, але багато продуктів неповного згоряння. Через невеликої висоти димових труб токсичні речовини у високих концентраціях розсіюються поблизу котельних установок.

Чорна і кольорова металургія. При виплавці однієї тонни сталі, в атмосферу викидається 0,04 т твердих частинок, 0,03 т оксидів сірки і до 0,05 т оксиду вуглецю, а також у невеликих кількостях такі небезпечні забруднювачі, як марганець, свинець, фосфор, миш'як, пари ртуті та ін У процесі сталеплавильного виробництва в атмосферу викидаються парогазові суміші, що складаються з фенолу, формальдегіду, бензолу, аміаку та інших токсичних речовин.

Значні викиди газів, що відходять і пилу, що містять токсичні речовини, відзначаються на заводах кольорової металургії при переробці свинцево-цинкових, мідних, сульфідних руд, при виробництві алюмінію і ін

Хімічне виробництво. Викиди цієї галузі, хоча і невеликі за обсягом (близько 2% всіх промислових викидів), тим не менше, зважаючи на свою досить високу токсичність, значної різноманітності і концентрованості представляють значну загрозу для людини і всієї біоти. На різноманітних хімічних виробництвах атмосферне повітря забруднюють оксиди сірки, з'єднання фтору, аміак, нітрозні гази (суміш оксидів азоту, хлористі сполуки, сірководень, неорганічна пил і т. п.).

Викиди автотранспорту. У світі налічується кілька сотень мільйонів автомобілів, які спалюють величезну кількість нафтопродуктів, істотно забруднюючи атмосферне повітря, перш за все, у великих містах. Вихлопні гази двигунів внутрішнього згоряння (особливо карбюраторних) містять величезну кількість токсичних сполук - бенз (а) пірену, альдегідів, оксидів азоту і вуглецю і особливо небезпечних сполук свинцю (у разі застосування етилованого бензину).

Найбільша кількість шкідливих речовин у складі відпрацьованих газів утворюється при не відрегульованої паливної системи автомобіля. Правильна її регулювання дозволяє понизити їх кількість в 1,5 рази, а спеціальні нейтралізатори знижують токсичність вихлопних газів в шість і більше разів.

Інтенсивне забруднення атмосферного повітря наголошується також при видобутку та переробки мінеральної сировини, на нафто-і газопереробних заводах, при викиді пилу і газів з підземних гірничих виробок, при спалюванні сміття та горінні порід у відвалах (териконах) і т. д. У сільських районах вогнищами забруднення атмосферного повітря є тваринницькі і птахівницькі ферми, промислові комплекси з виробництва м'яса, розпорошення пестицидів і т. д.

«Кожен житель Землі - це і потенційна жертва стратегічних (транскордонних) забруднень». Під транскордонними забрудненнями розуміють забруднення, перенесені з території однієї країни на площу інший. Тільки в 1994 р. на європейську частину Росії через невигідного її географічного положення випало 1204 тис. т. сполук сірки від України, Німеччини, Польщі та інших країн. У той же час в інших країнах від російських джерел забруднення випало тільки 190 тис. т. сірки, тобто в 6,3 рази менше.

3.2. Показники забруднення повітря

Для визначення рівня забруднення атмосфери використовуються наступні характеристики забруднення повітря:

1. середня концентрація домішки в повітрі, мг/м3 або мкг/м3 (Qср);

2. середнє квадратичне відхилення Qср, мг/м3 або мкг/м3 (БСР);

3. максимальна (вимірювана за 20 хв) разова концентрація домішки, мг/м3 або мкг/м3 (qм);

Забруднення повітря визначається за значеннями середніх і максимальних разових концентрацій домішок. Ступінь забруднення оцінюється при порівнянні фактичних концентрацій з ГДК.

ГДК - гранично допустима концентрація домішки для населених місць, встановлена ​​Міністерством охорони здоров'я Росії. Значення ГДК дані в роботі «Перелік та коди речовин, що забруднюють атмосферне повітря» [20]. Для деяких речовин значення ГДК дані в таблиці 3.

Таблиця 3

Значення ГДК, мкг/м3

 

Речовина	24 години	20 хв.
Азоту діоксид	40	200
Аміак	40	200
Бенз (а) пірен	0,001
Озон	30	160
Сажа	50	150
Свинець	0,3	1,0
Сірки діоксид	50	500
Сірковуглець	5	30
Сірководень	-	8
Зважені речовини	150	500
Вуглецю оксид, мг/м3	3	5
Формальдегід	3	35
Фторид водню	5	20