Общая характеристика загрязнений атмосферы

В атмосферном воздухе под действием внешних и внутренних факторов по­стоянно протекают гидродинамические, тепловые, электромагнитные, химиче­ские и фотохимические процессы, от которых зависят температура, давление, скорость перемещения и химический состав воздуха.

Необходимость изучения химического состава атмосферного воздуха вы­звана тем, что, зная природный состав его, легко установить присутствие посто­ронних примесей и рассматривать их как ингредиенты, загрязняющие атмосфе­ру.

Природный химический состав атмосферного воздуха (в пересчете на сухой воздух) приведен ниже, %(об):

Азот………………78.084 криптон…………114* 10^-6

Кислород………..20.9476 водород………….50*10^-6

Пары воды………..3-4 ксенон озон и др……8.7*10^-6

Аргон………………0.934 летом……………….7*10^-6

Диоксид углерода..3.14*10^-2 зимой……………….2*10^-6

Неон……………..1.818*10^-3

Гелий……………524*10^-6

Атмосферный воздух никогда не бывает абсолютно чистым. Общее количе­ство загрязнения, находящихся постоянно в атмосферном воздухе над планетой, составляет примерно 10 млн.т, что обусловлено производственной деятельно­стью человека, так и естественными процессами, протекающими в природе.

Естественные источники загрязнения бывают либо распределенными, на­пример, выпадение космической пыли, либо кратковременными, стихийными, например, лесные и степные пожары, извержения вулканов. Источником загряз­нения воздуха служит и мировой океан. Мельчайшие брызги воды, поднимаясь над поверхностью моря и океана, довольно быстро испаряются, а растворенные в них соли кальция, магния, натрия, калия и других веществ попадают в атмо­сферу. При извержении вулканов в атмосферу вместе с газообразными продук­тами выбрасывается большое количество пепла.

Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фо­новым и мало изменяется с течением времени.

Более устойчивые зоны с повышенными концентрациями загрязнения воз­никают в местах активной жизнедеятельности человека.

Антропогенные (искусственные) загрязнения отличаются многообразием и многочисленностью источников. Так, если в начале 20 века в промышленности применялось 19 химических элементов, то в середине века промышленное про­изводство стало использовать около 50 элементов, а в 70-х годах - практически все элементы таблицы Менделеева. Это существенно сказалось на составе про­мышленных выбросов и привело к качественно новому загрязнению атмосферы, в частности, аэрозолями тяжелых и вредных металлов, синтетическими соеди­нениями, не существующими и не образующимися в природе, радиоактивными, канцерогенными, бактериологическими и др. веществами.

До 70% всех загрязнений приходится на долю автомобильного транспорта. Автомобильные выхлопные газы представляют собой смесь примерно 200 ве­ществ. В них содержатся углеводороды, оксид углерода, азота, альдегиды, обла­дающие резким запахом и раздражающим действием, и др. Вследствие неполно­го сгорания в двигателе автомашины часть углеводородов превращается в сажу и смолистые вещества. Особенно много сажи и смол образуется при техниче­ской неисправности мотора и в моменты, когда водитель, форсируя работу дви­гателя, уменьшает соотношение воздуха и горючего, стремясь получить так на­зываемую «богатую смесь».

Атмосферные загрязнения не имеют никаких границ. Испытание ядерного оружия в одной стране вызывает увеличение радиоактивного заражения воздуха в ряде других стран, расположенных от нее на значительном расстоянии и даже на другом континенте. Известно, что пыль может переноситься на расстояние более 6000 км, дальность распространения выбросов промышленных предпри­ятий достигает сотен километров. От загрязнения страдают не только страны «производители» загрязнения, но и страны-соседи.

Например, загрязненный воздух с территории США нередко оказывается над территорией Мексики, загрязнения из Германии распространяются на тер­ритории Норвегии, Швеции, Дании.

Наиболее существенными источниками поступления вредных веществ в атмосферу в сельском хозяйстве являются предприятия по производству всех видов удобрений и ядохимикатов. Кроме того, в сельских районах источниками загрязнения воздуха являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы по производству и переработке мяса, предприятия по эксплуатации сельхозтехники, энергетические и теплосиловые установки. В местах значительного содержания скота и птицы в атмосферу могут поступать и распространяться на значительные расстояния такие вредные вещества, как ам­миак, сероводород и другие вредные газы. К источникам загрязнения атмосфер­ного воздуха относятся также поля, на которые вносятся высокотоксичные пес­тициды, и склады, в которых они хранятся и происходит протравливание ими семян.

Искусственное загрязнение воздушного бассейна существенно изменяет природный состав атмосферного воздуха. В результате загрязнения атмосферы изменяются климатические и микроклиматические условия. В загрязненной ат­мосфере снижается солнечная радиация: видимая ее составляющая - до 50%, прямая - до 15%) по сравнению с радиацией при незагрязненной атмосфере. Ультрафиолетовая радиация уменьшается на 30%, а, как известно, она характе­ризуется антибактерицидным действием. Микроклиматические изменения, про­исходящие в городах и индустриальных центрах, характеризуются увеличением средней температуры воздуха на 2 - 9*С, уменьшением видимости, увеличением осадков и облачности, изменением циркуляции воздуха.

Основные примеси атмосферы и их источники приведены в таблице 1.

Таблица 1

Примеси	Основные источники	Среднегодовая концентрация в воздухе, мгм/м^3
естественные	антропогенные
Твердые частицы	Вулканические извержения, пы­левые бури, лес­ные пожары и др.	Сжигание топлива в промышленных и бытовых уста­новках	В городах 0.04-0.4
S02	Вулканические извержения, окис­ление серы и сульфатов, рассе­янных в море	То же	В городах До 1.0
NOx	Лесные пожары	Промышленность, электротранспорт, теплоэлектростан­ции	В районах с разви­той промышлен­ностью, до 0.2
СО	Лесные пожары, выделения океа­нов, окисление терпенов (природ­ные ненасыщен­ные углеводороды (С5Н8)n)	Автотранспорт, промышленные энергоустановки, черная металлур­гия	Автотранспорт, промышленные энергоустановки, черная металлур­гия
Летучие углеводо­роды	Лесные пожары, природный метан, природные терпе­ны	Автотранспорт, дожигание отхо­дов, испарение нефтепродуктов	В районах с разви­той промышлен­ностью до 3.0
Полициклические ароматические углеводороды		Автотранспорт, химические заво­ды, нефтеперера­батывающие заво­ды	В районах с разви­той промышлен­ностью до 0.01

 

Ежегодные выбросы вредных веществ в атмосферу приведены в таблице 2.

Таблица 2

Вещества	Выбросы,	Доля антропоген ных выбросов от общих поступле­ний, %
	естественные	антропогенные
Твердые частицы
СО			5.7
CnHm			3.3
NOx			6.5
SOx			13.3
CO2			3.6

 

Примерный относительный состав вредных веществ в атмосфере больших промышленных городов, %: СО - 45%; SOx- 18%; CnHm - 15%; пыль 12%; NOx - 10%.

Превышения концентрации токсичных веществ в загрязненном атмосферном воздухе над фоновым в среднем составляет по оксиду углерода СО 80-1250 и более; по диоксиду серы SO₂ 50 -300; по диоксиду азота NO₂ до 25; по озону O₃ до 7 раз.

Следует отметить, что кроме СО, NOx, CnHm. SOx и пыли в атмосферу выбрасываются и другие более токсичные вещества. Так, например, вентиляционные выбросы заводов электронной промышленности содержат пары серной, хромовой и других минеральных кислот, органические растворители и т.п. В настоящее время насчитывается более 500 вредных веществ, загрязняю­щих атмосферу.

Последствия промышленного загрязнения окружающей среды

Неуклонный рост поступлений токсичных веществ в окружающую среду прежде всего отражается на здоровье населения, ухудшается качест­во продукции сельского хозяйства, снижает урожайность, преждевременно разрушает жилища, металлоконструкции промышленных и гражданских сооружений, оказывает влияние на климат отдельных регионов и состояние озонового слоя Земли, приводит к гибели флоры и фауны.

Поступающие в атмосферу оксиды углерода, серы, азота, углеводороды, со­единения свинца, пыль и т.д. оказывают различное воздействие на организм че­ловека. Приведем свойства некоторых примесей.

Оксид углерода СО. Бесцветный и не имеющий запаха газ. Воздействует на нервную и сердечно-сосудистую систему, вызывает удушье. Первые симпто­мы отравления возникают у человека через 2-3 часа его пребывания в атмосфе­ре. Токсичность СО возрастает при наличии в воздухе оксидов азота, в этом случае концентрацию СО в воздухе необходимо снижать в 1.5 раза.

Оксиды азота NOx (NO, NO₂, N₂O₃, NO₅, N₂O₄). В атмосферу выбрасыва­ется в основном диоксид азота NO₂ - бесцветный, не имеющий запаха ядовитый газ, раздражающе действующий _на органы дыхания. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они, взаимодействуя с углеводородами выхлопных газов, образуют фотохимический туман - смог.

Диоксид серы. Бесцветный газ с острым запахом, уже в малых концентра­циях (20-30 мг/м3) создает неприятный вкус во рту, раздражает слизистые обо­лочки глаз и дыхательных путей. Наиболее чувствительны к нему хвойные и ли­ственные леса, так как он накапливается в листьях и хвое. При содержании его в воздухе от 0.23 до 0.32 мг/м3 в результате нарушения фотосинтеза и дыхания хвои происходит усыхание сосны за 2-3 года. Аналогичные изменения у лист­венных деревьев возникают при концентрации порядка 0.5 - 1.0 мг/м3.

Соединения свинца. В организм поступает через органы дыхания. При воздействии свинца нарушается синтез гемоглобина, возникают заболевания дыхательных путей, мочеполовых органов, нервной системы. В крупных горо­дах содержание свинца в атмосфере достигает 5-38 мг/м3, что превышает естест­венный фон в 104 раз.

Атмосферная пыль. В атмосферном воздухе постоянно присутствует пыль различного происхождения и химического состава. При неполном сгорании топ­лива образуется сажа - высокодисперсный нетоксичный порошок, на 90-95% со­стоящий из частиц углерода. Сажа обладает большой адсорбционной способно­стью по отношению к тяжелым углеводородам и в том числе к бензопарену, что делает ее весьма опасной для человека.

Дисперсный состав пыли и туманов определяет их проникающую способность в организм человека. Особую опасность представляют токсические тонкодисперсные пыли с размером о.5 - 10 мкм, которые легко проникают в органы дыхания. Приведем характерные размеры частиц (мкм) не­которых видов твердых и жидких примесей атмосферы:

Масляный туман - 0.03- 1.0;

Промышленный дым -<1.0;

Промышленная пыль - 0.01-4000;

Возгоны - 1 - 5.