Источники загрязнения атмосферы. Основные виды загрязнений атмосферы

      Фотохимический  туман (смог)

      Фотохимический  туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и

аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога  входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивная солнечная радиация и безветрие или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количестве озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они

крайне  опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

      Загрязнение атмосферы выбросами  транспорта. Большую долю в загрязнении атмосферы составляют выбросы вредных веществ от автомобилей. Сейчас на Земле эксплуатируется около 500 млн. автомобилей, а к 2000 г. ожидается увеличение их числа до 900 млн. В 1997 г. в Москве эксплуатировались 2400 тыс. автомобилей при нормативе 800 тыс. автомобилей на действующие дороги.

      В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26 – 30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/год): угарного газа – 700, диоксида азота – 40, несгоревших углеводородов – 230 и твердых веществ – 2 – 5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного бензина.

      Наблюдения  показали, что в домах, расположенных  рядом с большой дорогой (до

10 м), жители  болеют раком в 3 – 4 раза  чаще, чем в домах, удаленных от дороги на расстояние 50 м. Транспорт отравляет также водоемы, почву и растения.

      Токсичными  выбросами двигателей внутреннего  сгорания (ДВС) являются отработавшие и картерные газы, пары топлива  из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими газами ДВС. С картерными газами и парами топлива в атмосферу поступает  приблизительно 45 % углеводородов от их общего выброса.

      Количество  вредных веществ, поступающих в  атмосферу в составе отработавших

газов, зависит от общего технического состояния  автомобилей и, особенно, от двигателя  – источника наибольшего загрязнения. Так, при нарушении регулировки  карбюратора выбросы оксида углерода увеличиваются в 4...5 раза. Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70 % свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу с отработавшими газами, из них 30 % оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40 % остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине. Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой этилированного бензина неэтилированным.

      Выхлопные газы ГТДУ содержат такие токсичные  компоненты, как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажу, альдегиды  и др. Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя. Высокие концентрации оксида углерода и углеводородов характерны для газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) на пониженных режимах (при холостом ходе, рулении, приближении к аэропорту, заходе на посадку), тогда как содержание оксидов азота существенно возрастает при работе на режимах, близких к номинальному (взлете, наборе высоты, полетном режиме).

      Суммарный выброс токсичных веществ в атмосферу  самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода  топлива до 20...30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов. Отмечается влияние ГТДУ на озоновый слой и накопление углекислого газа в атмосфере.

      Наибольшее  влияние на условия обитания выбросы  ГГДУ оказывают в аэропортах и  зонах, примыкающих к испытательным  станциям. Сравнительные данные о  выбросах вредных веществ в аэропортах подзывают, что поступления от ГТДУ в приземной слой атмосферы составляют, %: оксид углерода – 55, оксиды азота – 77, углеводороды – 93 и аэрозоль – 97. Остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.

      Загрязнение воздушной среды транспортом  с ракетными двигательными установками  происходит главным образом при их работе перед стартом, при взлете, при наземных испытаниях в процессе их производства или после ремонта, при хранении и транспортировании топлива. Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и рекомбинации молекул. Количество продуктов сгорания зависит от мощности (тяги) двигательных установок. При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются пары воды, диоксид углерода, хлор, пары соляной кислоты, оксид углерода, оксид азота, а также твердые частицы Аl ₂O₃ со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм).

      При старте ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не только на приземной  слой атмосферы, но и на космическое  пространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов. В связи с развитием авиации и ракетной техники, а также интенсивным использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного хозяйства существенно возрос общий выброс вредных примесей в атмосферу. Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5 % токсичных веществ, поступающих в атмосферу от транспортных средств всех типов. Мероприятия по борьбе с выбросами автотранспорта 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Понятие загрязнение  окружающей среды,  классификации 

     Понятие «загрязнение окружающей среды» довольно широкое. С точки зрения экологии это понятие чаще всего рассматривается в двух аспектах:

1) как процесс  (действие) – поступление в окружающую  среду или  возникновение в ней под действием различных факторов вредных для человека и природной среды агентов различной природы;

2) как загрязняющий  окружающую среду агент (например, химическое вещество).

     В рамках изучаемой дисциплины под  загрязнением окружающей среды будем  понимать привнесение в нее новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов (загрязнителей) либо превышение в ней  естественного многолетнего уровня этих агентов. Различают биологическое, физическое (в том числе радиационное, световое, электромагнитное, шумовое и др.) либо химическое загрязнение. Загрязнители окружающей среды – это несвойственные (новые) для среды физические, химические и биологические агенты либо характерные для нее агенты, но находящиеся в объемах, превышающих естественно сложившийся многолетний (фоновый) уровень их присутствия.

     Классификация видов загрязнения. Рассматривают  обычно два различных по происхождению  вида загрязнения:

-              естественное загрязнение, возникающее в результате действий природных явлений без участия людей;

- антропогенное загрязнение, связанное с человеческой деятельностью, главной составной частью которого является техногенное загрязнение, обусловленное деятельностью промышленных производств.

     По  природе загрязнителей различают  следующие виды загрязнения:

1) биологическое  – либо привнесение в окружающую  среду и размножение в ней  нежелательных для человека организмов, либо проникновение (естественное или антропогенное) в экосистему организмов, чуждых сообществам экосистемы и обычно там отсутствующих;

2) физическое (радиационное, тепловое, световое, электромагнитное, шумовое и др.);

3) химическое (загрязнение биосферы химическими  веществами).

По способу  образования различают загрязнение  первичное и вторичное. Первичное загрязнение – поступление в среду загрязнителей, образующихся непосредственно в ходе естественных или антропогенных процессов в биосфере. Вторичное загрязнение – образование (синтез) вредных и опасных для окружающей среды и человека загрязнителей в ходе физико-химических процессов в окружающей среде, при этом все или некоторые реагенты могут быть сами по себе неопасными. Например, вторичным загрязнением является образование при некоторых условиях ядовитых химических веществ в атмосфере, называемое смогом.

     По  пространственному признаку различают  глобальное (обнаруживаемое в любой  точке планеты как угодно далеко от его источника), региональное (обнаруживаемое в пределах значительных территорий, но не охватывающее всей планеты) и локальное (наблюдаемое на небольшой территории, ограниченной пределами населенного пункта, предприятия и т.п.) загрязнения.

     По  видам компонентов окружающей среды  рассматривают, во-первых, загрязнения  атмосферы, гидросферы или литосферы (на глобальном уровне) и загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных и подземных водоемов и почвы (на локальном уровне). Считается, что из загрязняющих агентов, регулярно попадающих в организм человека, около 70% поступает с пищей, 20% – из воздуха и 10% – с водой.

     Классификация и источники загрязнения. Химическое загрязнение – поступление в окружающую среду загрязнителей в виде химических веществ, образующихся непосредственно в ходе естественных, природно-антропогенных и антропогенных процессов (первичное загрязнение), либо образование (синтез) вредных и опасных загрязнителей в ходе физико-химических процессов в среде (вторичное загрязнение). Необходимо отметить, что в развитых странах благодаря принятым в последние два–три десятилетия мерам по сокращению техногенных воздействий химическое загрязнение отошло на второй план, уступив первое место радиационному загрязнению. В нашей стране опасность химического загрязнения окружающей среды по-прежнему находится на первом месте среди других видов загрязнения

     Химикам известно 4–5 млн. химических соединений, число которых ежегодно возрастает приблизительно на 10%. По данным ВОЗ, человек  в быту или производственной деятельности контактирует с 60–70 тыс. химических соединений, число которых ежегодно увеличивается на 200–1000 новых веществ. Если только 1% химических соединений, с которыми человек вынужден контактировать, могут оказывать вредное действие на его здоровье, то и тогда их число чрезвычайно велико (до десятка тысяч и более).

Объемы производимых промышленным способом химических веществ  огромны. По данным ВОЗ, в мире более 50 химических соединений производятся промышленностью в объемах более 1 млн. т Например, моющих средств  в бывшем СССР производилось более 1 млн. т, а минеральных удобрений – несколько десятков млн. т.

     Классификация загрязнителей. Химические загрязняющие вещества могут быть свойственны  живым организмам, если они в определенных концентрациях находятся в теле животного, выполняя важные функции  регулирования процессов метаболизма, пищеварения и др., либо чужеродными для него, называемыми ксенобиотиками (от греч. ксенос – чужой и биос – жизнь), которые попадают в организм различными путями: воздушным, через пищу или питьевую воду. Например, свойственными для человеческого организма являются так называемые микроэлементы, необходимые для нормального, сбалансированного питания, к числу которых относятся железо, марганец, цинк и др.