Расположение источников выбросов и защищаемых объектов

На некотором расстояний от источника возникает зона максимальной приземной концентрации выбросов С _max (рис. 5). Если расчетная макси­мальная концентрация не превышает ПДК, то положение рас­сматривается как удовлетворительное. Но из-за характерного для данной местности сочетания условий зона максимума мо­жет совпадать с местом расположения жилого массива или дру­гих объектов, требующих повышенной защиты от атмосферных загрязнений. Даже если исключить экстремальное сочета­ние неблагоприятных факторов, само по себе частое совпадение зоны максимума концентраций (не превышающих ПДК) с ме­стами расположения объектов, требующих повышенной чистоты воздуха, не должно быть допущено.

Взаимное расположение источников выбросов и защищаемых объектов должно оцениваться по вертикали и горизонтали. Ва­рианты благоприятного и неблагоприятного расположения по вертикали иллюстрирует рис. 6. Оба варианта часто встре­чаются в практике проектирования. В случае, показанном на рис. 6, а, необходимо принимать решение, исключающее или сводящее до минимума возможность совпадения зоны макси­мальной концентрации выбросов с территорией жилого массива. Ре­шение это неоднозначно, и при его поиске следует анализиро­вать всю совокупность местных условий.

В некоторых случаях естественный рельеф местности может быть выгодно использован для улучшения рассеивания оста­точных выбросов (рис. 7).

Рис. 6. Неблагоприятное (а) и благоприятное (б) расположение защищаемого объекта по отношению к источнику выбросов

Значительные трудности вызывает ситуация, когда многие источники выбросов расположены в окрестностях крупного на­селенного пункта без учета розы ветров и возможности нало­жения выбросов друг на друга. Такие ситуации обычно склады­ваются исторически при разновременном строительстве пред­приятий разных ведомств.

 

Рис. 7. Использование рельефа местности для улучшения рассеивания 1 — источник выбросов; 2 — пылегазопровод; 3 — дымовая труба

 

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания выбросов ЗВ в атмосферном воздухе в приземном слое является «Методы расчётов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе» (Приказ № 273 от 06.06.2017).

Краткий обзор на «Методы расчётов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе» (далее Методы):

Область применения

Настоящие Методы применяются юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями для выполнения расчётов рассеивания выбросов ЗВ в атмосферном воздухе в двухметровом слое над поверхностью Земли на расстоянии не более 100 км от источника выброса, а также вертикального распределения концентраций ЗВ при:

- определении нормативов выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух (проект ПДВ);

- разработке ПМООС в составе разделов проектной документации;

- обосновании ориентировочных размеров санитарно-защитных зон (проект СЗЗ);

- разработке и обосновании организационно-технических мероприятий, оказывающих влияние на уровень загрязнения атмосферного воздуха, при оценке их результатов;

- оценке воздействия намечаемой хозяйственной или иной деятельности на качество атмосферного воздуха (ОВОС).

- оценке краткосрочных и долгосрочных уровней загрязнения атмосферного воздуха и соответствующих концентраций загрязняющих атмосферу веществ, создаваемых всеми источниками выброса, исключая рассматриваемые (непосредственно учитываемые в расчёте рассеивания выбросов) (далее – фоновые концентрации).

Общие положения

Настоящие Методы позволяют рассчитать поля:

- максимальных разовых концентраций ЗВ соответствующих сочетанию НМУ, в том числе, опасной скорости ветра, и неблагоприятных условий выброса ЗВ в атмосферный воздух, то есть такого сочетания мощностей и других параметров выброса ЗВ в атмосферный воздух (высота, диаметр устья, расход ГВС, температура ГВС, скорость выхода ГВС из устья, мощность выброса), при котором в условиях соблюдения промышленным предприятием установленного режима работы достигаются максимальные значения максимальных приземных концентраций (далее - неблагоприятные условия выброса ЗВ в атмосферный воздух);

- безразмерных концентраций qK ЗВ в атмосферном воздухе групп веществ комбинированного вредного действия (полной суммации, неполной суммации, потенцирования);

- средних концентраций ЗВ в атмосферном воздухе, соответствующих длительному (сезон, год) времени осреднения, в частности, среднегодовых, концентраций С ЗВ в атмосферном воздухе (далее - долгопериодные средние концентрации ЗВ в атмосферном воздухе).

При совместном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ, обладающих суммацией действия, для всех расчётных точек на местности определяется безразмерная концентрация ЗВ в атмосферном воздухе qK рассматриваемого ЗВ.

В зависимости от высоты Н установленного отверстия, через которое содержащая ЗВ пылегазовоздушная смесь поступает в атмосферный воздух (далее - устье источника выброса), источники выбросов относятся к наземным (при Н до 2 м включительно), низким (от 2 до 10 м включительно), средней высоты (от 10 до 50 м включительно), высоким (свыше 50 м).

Для предприятий, работающих по сезонному графику (пункт 5.5 настоящих Методов) допускается замена используемых в расчётах значений максимальной расчётной скорости ветра, значение которой в данной местности в среднем многолетнем режиме превышается в 5% случаев (пункты 5.11 и 8.1 настоящих Методов), на значения, определённые отдельно для холодного или тёплого сезонов года (допускается также использование единого за год значения И_м.р). В тех случаях, когда отсутствует информация для рассматриваемой территории о значении максимальной расчётной скорости ветра.

Метод расчёта максимальных разовых концентраций от выбросов одиночного точечного источника

Положения данной главы используются при расчётах рассеивания выбросов от дымовых труб, вентиляционных шахт, а также от источников организованного выброса загрязняющих атмосферный воздух веществ из установленных отверстий (далее - от точечных источников выброса) при условии, что скорость w0 выхода газовоздушной смеси (далее - ГВС) из устья источника выброса не превосходит скорости звука в атмосферном воздухе (в целях данных Методов принимается равной 330 м/с), а температура Тг ГВС не превышает 3000°С. В случаях несоблюдения этих условий расчёт производится на основе главы XII настоящих Методов.

Учёт влияния рельефа местности при расчёте рассеивания выбросов ЗВ в атмосферном воздухе

Влияние рельефа местности на максимальную приземную концентрацию См ЗВ от одиночного точечного источника выброса учитывается безразмерным коэффициентом n в формулах (3), (11), (13). В случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, n=1.

Если перепад высот превышает 50 м на 1 км, то коэффициент n устанавливается на основе анализа картографического материала, характеризующего рельеф местности в окрестности радиусом R=50-Hm, где Нm -высота наиболее высокого из источников выбросов, расположенных на одном или нескольких земельных участках, в пределах которых расположен конкретный объект, оказывающий негативное воздействие на окружающую среду (далее - промплощадка). При этом R не должно быть менее 2 км.

Картографический материал должен представлять собой топографические карты масштабом 1:25 000 или 1:10 000 с линиями равных высот местности (изогипсами) и отметками высот, а также с указанием расположения промплощадки предприятия и источников выбросов. При этом используются топографические карты, как на бумажных, так и на электронных носителях, в том числе, полученные из открытых источников в информационно-телекоммуникационной сети «Интернет».

Метод учёта фоновых концентраций загрязняющих веществ при расчётах загрязнения атмосферного воздуха и определение фона расчётным путём

Если при расчётах загрязнения атмосферного воздуха учтены (то есть заданы своими высотами, значениями мощности выброса и другими характеристиками) не все источники выброса ЗВ, то результаты расчёта должны быть откорректированы, чтобы обеспечить учёт вклада в суммарную концентрацию фоновых, то есть неучтённых, источников. При наличии требуемых данных обо всех источниках выброса, количественный вклад не включённой непосредственно в расчёты части источников выбросов может быть учтён путём проведения сводного расчёта загрязнения атмосферного воздуха с совместным использованием информации как о рассматриваемых (уже учитываемых в расчёте), так и о фоновых источниках выброса (то есть всех, кроме рассматриваемых, источниках выброса, создающих загрязнение атмосферного воздуха в промышленном районе, городе или другом населённом пункте). Учёт вклада фоновых источников выброса может быть также обеспечен путём добавления значений фоновой концентрации к результатам расчёта загрязнения атмосферного воздуха выбросами от учтённых источников.

Исключение вклада рассматриваемых источников выброса при расчётах загрязнения атмосферы (то есть определение Сф' по рассчитанным Сф) осуществляется по формулам (145) - (148). Не допускается использование фоновых концентраций, рассчитанных на основе положений данного пункта, для корректировки значений фона, определённых по данным наблюдений, а также для корректировки результатов сводных расчётов (пункт 11.1 настоящих Методов).

Методы расчётов рассеивания выбросов ЗВ в атмосферном воздухе от источников выбросов различного типа

Для расчётов рассеивания выбросов при условии, что температура ГВС Тг превышает 3000 °С, производится замена рассматриваемого источника на виртуальный с учётом положений, изложенных в пункте 12.2 настоящих Методов.

Если скорость м>0 выхода струи ГВС из устья источника выброса превосходит скорость звука в атмосферном воздухе, то расчёт рассеивания выбросов также проводится на основе положений, изложенных в пункте 12.2 настоящих Методов.

Если плотность выбрасываемой ГВС равна плотности атмосферного воздуха, то формула (162) выполняется при D=0,1 м и w₀=0,1 м/с.

При расчёте рассеивания выбросов ЗВ в атмосферном воздухе, образующихся при проведении взрывных работ в карьерах, испытательных взрывов, эти выбросы относятся к совокупности виртуальных источников выбросов. При этом та часть возникающего при взрыве пылегазового облака, которая поднимается над бортами карьера более чем на 5 м, представляется в виде расположенного вертикально линейного источника (согласно пункту 8.5 настоящих Методов), находящегося над тем участком карьера, на котором осуществляется или предусматривается проведение взрывных работ

 

2 вариант:

Распространение в атмосфере выбрасываемых из труб и вентиляционных устройств промышленных выбросов подчиняется законам турбулентно й диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывают состояние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характер местности, физические и химические свойства выбрасываемых веществ, высота источника, диаметр устья и т. п.

Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное - распределением температур в вертикальном направлении.

Свойства атмосферы

Одна из важнейших характеристик атмосферы - ее устойчивость, т. е. способность препятствовать вертикальным перемещениям воздуха и сдерживать турбулентное перемешивание. Это непосредственно связано со степенью рассеивания загрязнителей. Чтобы оценить способность атмосферы рассеивать загрязнители антропогенного происхождения, необходимо знать степень ее устойчивости. Если атмосфера устойчива, в ней отсутствуют значительные вертикальные перемещения и турбулентное перемешивание. В такой атмосфере антропогенные загрязнители остаются в том месте, где они выброшены, т. е. вблизи поверхности Земли. На перемешивание в приземных слоях атмосферы оказывает влияние большое количество факторов, основными из которых являются температурный градиент и турбулентная диффузия.

Отметим три варианта устойчивости атмосферы:

1. Устойчивое состояние, когда некоторый объем воздуха, сместившийся из своего исходного положения по высоте под действием каких-то сил (например, температурного градиента), стремится вернуться обратно.

2. Неустойчивое состояние, при котором объем воздуха, получивший импульс движения, не возвращается в исходное положение, а с ускорением движется в направлении первоначального смещения.

3. При нейтральном (безразличном) состоянии смещенный объем воздуха, попав в слой с такой же температурой, остается неподвижным.

Изменение температуры с высотой, как указывалось выше, характеризуется температурным градиентом. При подъеме воздушных масс вследствие уменьшения давления объем воздуха увеличивается, а температура снижается. И наоборот, опускающийся воздух в объеме уменьшается, а температура растет. При сверхадиабатическом процессе градиент температуры отрицателен, что отражает неустойчивость атмосферы. Если же градиент температуры положителен, то атмосфера устойчива. Когда градиент температуры равен нулю, атмосфера нейтральна. При инверсии состояние атмосферы весьма устойчиво, температурный градиент имеет относительно высокое положительное значение. Инверсия может просуществовать несколько дней, что приводит к опасным для здоровья людей последствиям. Такие случаи в больших городах известны достаточно давно. Различают два вида инверсии: инверсия оседания и радиационная. Они могут существовать одновременно.

На рассеивание загрязнителей в атмосфере влияет конвективное и турбулентное перемешивание. Высота слоя перемешивания по высоте зависит от времени года, суток, топографии район а. Чем больше слой перемешивания, тем ниже концентрация загрязнителей в атмосфере.

Высота конвективного слоя перемешивания определяется тепловой подъемной силой. Под воздействием солнечной радиации воздух у поверхности Земли нагревается и приобретает подъемную силу. Чем выше разница температуры воздуха по высоте (температурный градиент), тем больше ускорение, приобретаемое воздухом за счет подъемной силы. Значительное загрязнение атмосферы в приземном слое наблюдается при высоте конвективного слоя перемешивания менее 1,5 км.

Достаточно точно оценить степень рассеивания загрязнителей в атмосфере можно, изучив распределение скорости и направления ветра. Эти параметры переменны, однако для каждой местности их можно усреднить. Такое усреднение может быть представлено в виде таблиц и графиков. Результаты распределяют по восьми основным и восьми дополнительным направлениям. Графическая форма изображения дается в полярных координатах частоты наблюдаемых направлений ветра. Распределение скоростей ветра вдоль каждого направления показывают длиной отрезков радиусов по этим направлениям (роза ветров).

На рассеивание загрязнений в атмосфере влияют средняя скорость ветра и атмосферная турбулентность. Последняя зависит не только от естественных потоков, но и от механической турбулентности, которая является результатом ветрового сдвига. Тепловые вихри чаще наблюдаются в солнечные дни, когда скорость ветра мала. Механические вихри преобладают в период ветреных ночей. Механическая турбулентность определяется движением воздуха надземной поверхностью, на нее оказывает влияние рельеф местности и здания (сооружения).

Источники выбросов в атмосферу бывают точечные (труба, автомобиль и т.п.), линейные (газопроводы) и поверхностные. Попадать в атмосферу вредные вещества могут на разных стадиях производства (добыча, транспортирование, дробление, измельчение, помол и т. п.), различным образом: из-за негерметичности оборудования, при погрузочно-разгрузочных работах, с открытых складов, т. е. специально неорганизованным способом. Такие выбросы соответственно называются неорганизованными. К неорганизованным промышленным выбросам относят открытые склады минерального сырья, карьеры, хранилища твердых и жидких отходов, места загрузки и выгрузки железнодорожных вагонов, автомашин, негерметичное оборудование, транспортные эстакады и т.п. В ряде случаев неорганизованные источники являются наземными.

В то же время на многих предприятиях большинство удаляемых из помещений и технологического оборудования вредных веществ выбрасывается в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы, что позволяет применить для их улавливания соответствующие установки. Такие выбросы называются организованными. К организованным промышленным источникам относят трубы, шахты, аэрационные фонари, фрамуги и т.п.

Организованные промышленные источники выбросов можно подразделить на три типа: высокие, низкие и промежуточные.

Через высокие источники осуществляется сброс в атмосферу технологических газов и загрязненного вентиляционного воздуха. К ним относятся трубы, выбросы из которых производятся в верхние слои атмосферы, выше границы промежуточной зоны, что обеспечивает их хорошее рассеивание.

Низкие источники являются наиболее распространенными для сброса вентиляционного воздуха и технологических сдувок в атмосферу.

Большое значение для оценки последствий попадания в атмосферу загрязняющих веществ имеет высота (Н) устья источника выброса. В зависимости от высоты устья над уровнем земной поверхности источники относят к одному из следующих четырех классов: высокие, Н = 50 м; средней высоты, H = 10...50 м; низкие, H = 2...10 м; наземные, H = 2 м.

На рис. 1 показана схема распространения загрязненной струи, истекающей из трубы при наличии сносящего ветрового потока. Действие последнего приводит к искривлению струи.

На некоторой высоте (H + ΔH) влияние сносящего потока становится преобладающим, струя разворачивается, ось ее становится горизонтальной. Факел далее приобретает форму параболоида с вершиной в точке P, в которой размещают фиктивный источник. Таким образом, реальная картина распространения загрязнений заменяется факелом от фиктивного источника, расположенным на высоте (H + ΔH). Вершина параболоида не обязательно располагается над центром трубы, однако возможное смещение не учитывают, полагая, что источник находится в точке Р (х = 0, у = 0, z= H + ΔH).

Рис 1. Схема газовоздушного факела в сносящем потоке:

1 - кривая распределения концентрации загрязнителя в приземном слое;

2 - профили концентраций загрязнителя в сечениях факела

Превышение горизонтальной оси факела над устьем трубы зависит от условий истечения газовоздушной смеси и скорости ветра v:

                                                   (1)

где w - скорость истечения, м/с; D - диаметр устья трубы, м; Т = T₀ - T_ат - разность температур газовоздушной смеси на выходе из трубы T0 и атмосферного воздуха Т_ат летом, К.

Факел, расширяясь, достигает земли (точка А(х_А)), в некоторой точке М(х_м) приземная концентрация достигает максимума С_м, стремясь затем к нулю на удалении (кривая 1).

Условия истечения газовоздушной смеси должны быть такими, чтобы максимальная приземная концентрация не превышала максимальной разовой ПДК.

Значение См зависит от скорости ветра. При увеличении последней уменьшается ΔH, т.е. факел прижимается к земле, что способствует возрастанию концентраций на ее поверхности. С другой стороны, увеличение скорости ветра усиливает процесс рассеивания факела в вертикальном направлении, что приводит к уменьшению концентраций.

Рис. 2. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере от

организованного высокого источника выбросов

На рис. 2 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере над факелом организованного высокого источника выброса. По мере удаления от трубы в направлении распространения промышленных выбросов можно условно выделить три зоны загрязнения атмосферы:

– переброс факела выбросов, характеризующийся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы;

– задымление с максимальным содержанием вредных веществ и постепенное снижение уровня загрязнения. Зона задымления является наиболее опасной для населения и должна быть исключена из селитебной застройки. Размеры этой зоны в зависимости от метеорологических условий находятся в пределах 10...49 высот трубы;

– зона постепенного снижения уровня загрязнения.

Максимальная концентрация прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна квадрату его высоты над землей. Подъем горячих струй почти полностью обусловлен подъемной силой газов, имеющих более высокую температуру, чем окружающий воздух. Повышение температуры и момента количества движения выбрасываемых газов приводит к увеличению подъемной силы и снижению их приземной концентрации.

При выбросах через высокие трубы или при факельном выбросе в условиях безветрия рассеивание вредных веществ происходит главным образом под действием вертикальных потоков. Высокие скорости ветра увеличивают разбавляющую роль атмосферы, способствуя более низким приземным концентрациям в направлении ветра. Движение загрязняющих веществ вместе с воздушными массами, перемещаемыми ветром, приводит к тому, что турбулентные вихри изгибают, разрывают поток и перемешивают его с окружающими воздушными массами. Разбавление вдоль оси струи пропорционально средней скорости ветра v_m на высоте струи. Вместе с тем с увеличением v_m уменьшается высота факела над устьем трубы, поэтому для источников выбросов вводят понятие опасной скорости ветра, при которой приземные концентрации имеют наибольшие значения. Для того чтобы предотвратить отклонение струи вблизи от горловины трубы, скорость выбрасываемого газа w_r должна вдвое превышать опасную скорость ветра на уровне горловины трубы.

Распространение газообразных примесей и пылевых частиц диаметром менее 10 мкм, имеющих незначительную скорость осаждения, подчиняется общим закономерностям. Для более крупных частиц эта закономерность нарушается, так как скорость их осаждения под действием силы тяжести возрастает. Поскольку при очистке токсичной пыли крупные частицы улавливаются, как правило, легче, чем мелкие, в выбросах остаются очень мелкие частицы, их рассеивание в атмосфере рассчитывают так же, как и газовые выбросы.

Фоновая концентрация является характеристикой существующего загрязнения атмосферного воздуха на промышленных площадках и в населенных пунктах и представляет собой суммарное загрязнение атмосферы, обусловленное всеми источниками, в том числе и неорганизованными.

При проектировании вновь строящихся предприятий в районах, где атмосферный воздух и местность уже загрязнены вредными химическими веществами, выбрасываемыми другими предприятиями, сумма расчетной и фоновой концентраций для каждого вредного химического вещества в атмосфере не должна превышать установленных для него или рассчитанных значений ПДК.

 

.

1.11. Процессы преобразования загрязняющих веществ в атмосфере

 

 

Рис. 1. Схема факторов

 

После выхода из источника загрязнения не остаются в атмосфере в неизменном виде. Происходят физические изменения, особенно в процессе динамических явлений, таких как перемещение и распространение в пространстве, турбулентная диффузия, разбавление и т. д. Кроме того, в результате химических процессов в атмосфере также происходят изменения. Часто это лишь простые быстрые химические реакции (например, окисление), температурные изменения, приводящие к конденсации некоторых газов и паров, сопровождающиеся образованием туманов, капель и т. п. После длительного пребывания некоторых газообразных загрязняющих веществ в атмосфере они превращаются в твердые, чрезвычайно тонкодисперсные частицы. Солнечное излучение вызывает в атмосфере химические реакции между различными загрязняющими веществами и окружающей их средой. На рис. 1 приведены упрощенные схемы основных химических изменений загрязняющих веществ в атмосфере.

Наиболее часто происходящий в атмосфере химический процесс — окисление веществ кислородом воздуха. Так, в атмосфере происходит окисление диоксида серы в триоксид и оксида азота в диоксид. Аналогичным образом окисляются многие органические вещества, например, альдегиды до органических кислот, ненасыщенные углеводороды и множество других веществ. Скорость окисления неодинакова для различных веществ и зависит от ряда дополнительных факторов.

Например, вследствие очень быстрого окисления оксида азота кислородом воздуха рыжий «хвост» диоксида азота появляется непосредственно на выходе оксида азота из дымовой трубы производства азотной кислоты. В сухом чистом воздухе диоксид серы сохраняется в течение 2–4 или более дней, прежде чем полностью превратится в триоксид. При высокой влажности и в присутствии твердых веществ, катализирующих окисление, полупериод реакции составляет 10–20 мин. За это время половина диоксида серы превращается в триоксид. Однако вследствие кинетики этой реакции полное окисление второй половины может занять от нескольких часов до нескольких суток.

 

Рис. 2. Примеры превращений в атмосфере

Помимо влажности и наличия суспендированных твердых частиц ускорить реакции окисления могут такие факторы как ультрафиолетовое излучение, а также наличие сильных оксидантов либо их вторичное формирование. К этим веществам относятся озон, пероксиды и атомарный кислород, которые образуются в ходе многих фотохимических реакций.

 

 

Под действием ультрафиолетового излучения приходящего от Солнца также возникают циклические реакции, так называемые циклы Чепмена, которые представляют собой процесс ответственный за разрушение озонового слоя. Солнечный свет с длиной волны в диапазоне 290–700 нм является фотохимически эффективным, а вещества, поглощающие такое излучение, могут действовать как основные фотохимические реагенты, либо как фоточувствительные датчики, которые переносят поглощенную энергию к молекулам веществ, способных претерпевать указанные превращения.

В число первичных веществ, поглощающих ультрафиолетовое излучение, входят сера, диоксид азота и альдегиды. Это излучение возбуждает молекулы указанных веществ, которые затем реагируют с молекулярным кислородом атмосферы с образованием атомарного кислорода. Диоксид серы поглощает излучение при длинах волн от 290 до 400 нм, так что окисление диоксида серы в триоксид в атмосфере происходит под действием солнечного света значительно быстрее. Эта реакция описывается уравнением

SO₂ + O₂ ® SO₃ + O.

 

Аналогичным образом реагируют и альдегиды:

НСНО + О₂ ® НСООН + О.

 

Атомарный кислород может также образоваться по реакциям

 

H₂S + O₂ ® H₂O + S + O;

NO + O₂ ® NO₂ + O;

CH₄ + O₂ ® CH₃OH + O;

C₂H₆ + O₂ ® C₂H₄ + H₂O + O;

CO + O₂ ® CO₂ + O.

 

Реакции с участием диоксида серы и альдегидов протекают необратимо. В то же время количество атомарного кислорода, образующегося при этом, относительно невелико, что соответствует содержанию диоксида серы и альдегидов в атмосфере. Однако при реакциях, в которых участвует диоксид азота, поглощение ультрафиолетового излучения приводит к разрыву одной связи между атомами азота и кислорода и образованию молекулярного кислорода и оксида азота. Последующие реакции приводят к образованию молекулярного кислорода и озона и регенерации диоксида азота. Эти процессы можно представить в виде:

 

NO₂ ® NO + O;

NO₂ + O₂ ® NO + O₂;

O + O₂ ® O₃.

 

Регенерированный диоксид азота может вновь вступить в реакцию, и, таким образом, этот процесс может многократно повторяться до тех пор, пока диоксид азота не превратится в азотную кислоту, либо не прореагирует с органическими веществами с образованием нитросоединений. Следовательно, даже малые концентрации диоксида азота в атмосфере могут явиться причиной значительных количеств атомарного кислорода и озона. Именно поэтому диоксид азота занимает важное место в формировании окислительного смога.

Существует два основных типа смогов: восстановительный — типичный для Лондонского региона и фотохимический окислительный — типичный для зоны Лос-Анджелеса.

Восстановительный смог — это атмосферное явление, встречающееся в больших промышленных городах и представляющее собой смесь дыма, сажи и диоксида серы. Обычно он достигает максимальных уровней рано утром, при температуре около 0°С и высокой влажности и дополняется состоянием инверсии в атмосфере (отражательная или поверхностная инверсия). За счет раздражающего воздействия на бронхи и дыхательные пути он оказывает прямое отрицательное воздействие на здоровье людей. В 1952 и в 1962 г, этот смог составил значительную долю загрязнения атмосферы Лондона и привел к смерти нескольких тысяч человек. Это стимулировало принятие радикальных мер по борьбе с загрязнением воздуха в Лондоне и привело к существенному улучшению состояния атмосферы в нем, причем настолько заметному, что в указанном регионе более не образовывался подобный смог.

Фотохимический окислительный смог достигает максимального уровня около полудня, при температурах 24–32 °С и низкой влажности и дополняется нисходящей инверсией. Он вызывает раздражение глаз и снижения уровня зрения, нарушает процессы вегетации, окисляет резину и вызывает быстрое ее старение, а также имеет неприятный запах. Основным условием формирования такого смога является наличие в атмосфере оксидов азота. Фотохимическое разложение диоксида азота и другие указанные выше реакции инициируют серию последующих реакций, в которых участвуют как неорганические (преимущественно диоксид серы), так и органические (преимущественно углеводороды) вещества, присутствующие в атмосфере. Весьма обширный набор конечных продуктов включает озон, формальдегид, акролеин, органические озониды и органические кислоты. Снижение видимости связано с образованием аэрозолей, одной из составляющих которых является триоксид серы — продукт окисления диоксида.

Весьма важным в процессе образования окислительного смога являются также реакции ненасыщенных углеводородов с озоном. Наибольший вклад в его формирование и в нарушение вегетации вносят ненасыщенные углеводороды с пяти — и шестиуглеродными цепочками (1-пентен, 1-гексен). Ненасыщенные углеводороды с семи — и девятиуглеродными цепочками также приводят к образованию озонидов и других продуктов, но наносимый ими ущерб процессам вегетации уже несколько меньше. Встречаются и весьма сложные реакции с образованием дополнительных соединений в качестве промежуточных продуктов, а также с появлением свободных радикалов по мере разложения этих продуктов. При фотохимических реакциях альдегидов и кетонов тоже могут образовываться свободные радикалы. Например, формил (НСО^*) образуется из формальдегидов, а метил и ацетил из ацетона

(СН₃–СО–СН₃ ® СН₃^* + СН₃СО^*).

За этими реакциями могут последовать и другие, с получением разнообразных продуктов. В воздухе свободные радикалы быстро реагируют с кислородом, с образованием пероксидов и органических кислот. Таким образом, из ацетальдегида образуется диметилпероксид и уксусная кислота.

Олефины с большим количеством двойных связей также вступают в фотохимические реакции с образованием свободных радикалов. При взаимодействии с кислородом некоторые свободные радикалы могут образовать пероксисоединения, из которых выделяются новые пероксиды или свободные радикалы, способные вызвать полимеризацию олефинов или стать источником озона.

Возможность протекания атмосферных реакций в значительной степени зависит от количества твердых частиц воздуха и от их свойств. Эти частицы создают поверхности, на которых могут протекать реакции, играя, таким образом, роль катализатора, либо за счет адсорбции газов частицы воздействуют на спектр поглощения (например, в диапазоне длин волн поглощенного излучения) и, следовательно, также влияют на интенсивности поглощения излучений и фотохимических реакций. Более того, в ходе широко известных химических реакций твердые частицы могут реагировать с газовыми выбросами промышленности.