Оценка уровня загрязнения атмосферы

Оптимальная система составляющих интегральной (комплексной) оценки включает в себя:

- оценку уровня загрязнения с санитарно-гигиенических позиций (ПДК);

- оценку ресурсного потенциала атмосферы (ПЗА и ПВ);

- оценку степени влияния на определенные среды (почвенно-растительный и снеговой покров, воды);

- тенденцию и интенсивность процессов антропогенного развития данной природно-технической системы для выявления краткосрочных и долгосрочных эффектов воздействия;

- определение пространственного и временного масштабов возможных негативных последствий антропогенного воздействия [7, с.56-58].

 

 

1.2. Виды источников загрязнения атмосферы 

По характеру загрязнителя выделяют 3 типа загрязнения воздуха:

- физическое - механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивное излучение и изотопы, электромагнитное (разнообразные виды электромагнитных волн, в том числе радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое загрязнение, такие как, выбросы теплого воздуха и т.п.;

-химическое - загрязнение газообразными веществами и аэрозолями. В настоящее время главными химическими загрязнителями атмосферы являются оксид углерода (IV), оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжелые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, атмосферная пыль и радиоактивные изотопы;

- биологические загрязнения – как правило, загрязнения микробной природы, такие как, загрязнение воздуха вегетативными формами и спорами бактерий и грибов, вирусами и т.д. [8, с. 97-100].

Природными источниками загрязнения являются вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробного происхождения [5, с.155-159]. Степень данного загрязнения рассматривается в качестве фона, малоизмененного в течении определенного периода времени.

Вулканическая и флюидная активность Земли является, пожалуй, самым главным природным процессом загрязнения приземного воздушного бассейна. Зачастую, масштабные извержения вулканов приводят к массовому и затяжному загрязнению воздуха. Об этом можно узнать из летописи и современных наблюдательных данных (например, извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году). Это связано с тем, что в высокие слои атмосферы моментально выбрасывается огромное количество газов. При этом, на большой высоте подхватываются движущимися с большой скоростью воздушными потоками и быстро распространяются по всему миру. Продолжительность загрязненного состояния воздуха после масштабных вулканических извержений может достигать нескольких лет.

В результате хозяйственной деятельности человека выявляются антропогенные источники загрязнения окружающей среды. Они включают в себя:

1. Сжигание горючих ископаемых, сопровождающееся выбросом 5 млрд. тонн углекислого газа ежегодно. В следствии этого, получается, что за 100 лет содержание СО2 возросло на 18 % (с 0,027 до 0,032%). За последние три десятилетия частота этих выбросов значительно увеличилась [7, с.133-135].

2. Работы теплоэлектростанций, в результате которых, при сжигании высокосернистых углей выделяются диоксид серы и мазута, что приводит к появлению кислотных дождей.

3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеродами из аэрозолей, приводящие к нарушению озонового слоя атмосферы.

4. Загрязнение взвешенными частицами (при шлифовке, упаковке и погрузке, от работы котельных, электростанций, шахт).

5. Выбросы предприятиями разнообразных газов.

6. Выбросы вредных веществ с переработанными газами одновременно с продуктами нормального окисления углеводородов (углекислого газа и воды). Выхлопные газы в свою очередь включают в себя: [5, с.300-305]:

-недогоревшие углеводороды (сажа);

-окись углерода (угарный газ);

-продукты окисления примесей, содержащихся в топливе;

-оксиды азота;

-твердые частицы;

-кислоты серные и угольные, образующиеся при конденсации водяных паров;

-антидетонационные и выносительные присадки и продукты их разрушения;

-фосфор;

-радиоактивные выбросы;

-метан.

7. Сжигание топлива в факельных печах. В следствии этого, возникает монооксид углерода – зодин из самых распространённых загрязняющих веществ.

 8. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств, которое сопровождается образованием оксидов азота, вызывающего смог. Под выхлопными газами (отходящие газы) подразумевают отработавшее в двигателе рабочее тело. Они представляют собой продукты окисления и неполного сгорания углеводородного топлива [7, с.177-178]. Выбросы отходящих газов являются основной причиной превышения допустимых концентраций токсичных веществ и канцерогенов в воздухе больших городов, образования смогов, что в свою очередь часто приводит к отравлению в замкнутых пространствах.

Количество выбрасываемых в атмосферу автомобилями загрязняющих веществ, представляет собой массу выбросов газов и состав выхлопных газов.

Высокую опасность представляют оксиды азота, которые, приблизительно, в 10 раз опаснее угарного газа. Доля токсичности альдегидов невысокая, составляет примерно 4-5 % от общей токсичности отходящих газов. Токсичность различных углеводородов значительно отличается. Непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота фотохимически окисляются и образуют токсичные кислородосодержащие соединения, т.е смог.

Качество дожигания на современных катализаторах таково, что доля СО после катализатора обычно менее 0,1 %.

Содержащиеся в газах полициклические ароматические углеводороды являются сильными канцерогенами. Широко известным считается бензпирен, а также производные антрацена:

-1,2-бензантрацен

-1,2,6,7-дибензантрацен

-5,10-диметил-1,2-бензантрацен

Кроме этого, при использовании сернистых бензинов в состав выхлопных газов могут входить оксиды серы, при использовании этилированного бензина - свинец (тетраэтилсвинец), бром, хлор, а также их соединения [8, с.368-373]. Считается, что аэрозоли галоидных соединений свинца могут быть подвергнуты каталитических и фотохимических превращениях, так же образуя смога.

При длительном контакте со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, может произойти общее ослабление организма - иммунодефицит. Так же, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний, таких как, дыхательной недостаточности, гайморита, ларинготрахеита, бронхита, пневмонии, рака легких. Одновременно с этим, отходящие газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга. Опосредованно через легочную патологию могут возникнуть и различные нарушения сердечно-сосудистой системы.

К основным загрязнителям относятся:

1) Окись углерода (СО) - бесцветный газ, который не имеет запаха, также известен как «угарный газ». Образуется в процессе неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) при недостатке кислорода и низкой температуре. Кстати, 65% от всех выбросов приходится на транспорт, 21% - на мелких потребителей и бытовой сектор, а 14% - на промышленность [5, с.255]. При вдыхании угарный газ за счет имеющейся в его молекуле двойной связи образует прочные комплексные соединения с гемоглобином крови человека и тем самым блокирует поступление кислорода в кровь.

2) Двуокись углерода (СО2) - или углекислый газ, - бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом, является продуктом полного окисления углерода. Считается одним из парниковых газов. Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье, так же, как и недостаток углекислого газа.

3) Диоксид серы (SO2) (диоксид серы, сернистый ангидрид) - бесцветный газ с резким запахом. Образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, как правило, угля, а также при переработке сернистых руд. Он участвует в формировании кислотных дождей [7, с.211-213]. Общемировой выброс SO2 оценивается в 190 млн. тонн ежегодно. Продолжительное воздействие диоксида серы на человека может привести сначала к потере вкусовых ощущений, стесненному дыханию, а после этого - к воспалению или отеку лёгких, перебоям в сердечной деятельности, нарушению кровообращения и остановке дыхания.

4) Оксиды азота (оксид и диоксид азота) - газообразные вещества: монооксид азота NO и диоксид азота NO2 объединяются одной общей формулой NOх. При всех процессах горения образуются окислы азота, при этом, значительная их часть в виде оксида. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее происходит образование окислов азота. Следующим источником окислов азота выступают предприятия, которые производят азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения. Количество окислов азота, которые поступают в атмосферу, составляет 65 млн. тонн ежегодно. От общего количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота на транспорт приходится 55%, на энергетику - 28%, на промышленные предприятия - 14%, на мелких потребителей и бытовой сектор - 3% [6, с.298-300].

5) Озон (О3) - газ с характерным запахом, более сильный окислитель, чем кислород. Он относится к наиболее токсичным из всех обычных загрязнителей. В нижних слоях атмосферы озон формируется в результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений.

6) Углеводороды-химические соединения углерода и водорода. Они включают в себя тысячи разнообразных загрязняющих воздух веществ, которые содержатся в несгоревших жидкостях, используемых в составе промышленных растворителей и т.д.

7) Свинец (Pb ) - серебристо-серый металл, токсичен в любых формах. Часто применяется для производства красок, боеприпасов, типографского сплава и др. Примерно 60% всемирного производства свинца ежегодно тратится на создание кислотных аккумуляторов. При этом, главными источниками (около 80%) загрязнения воздуха соединениями свинца считаются отходящие газы автомобилей, использующих этилированный бензин. При попадании в организм свинец накапливается в костях, вызывая их разрушение.

8) Сажа попадает в категорию вредных частиц для легких. Это объясняется тем, что частицы менее пяти микрон в диаметре не проходят фильтрацию в верхних дыхательных путях. Дым от дизельных двигателей, в состав которого входит в большей степени сажа, определяется как особо опасный, так как его частицы, как известно, вызывают рак.

9) Альдегиды так же являются токсичными, могут накапливаться в организме. В дополнение к общетоксичному действию можно добавить раздражающее и нейротоксическое действие. Эффект зависит от молекулярной массы: чем она больше, тем меньше раздражающее действие, но более сильный наркотический эффект. Следует отметить, что ненасыщенные альдегиды более токсичны, чем насыщенные. Некоторые из них имеют канцерогенные свойства.

10) Бензапирен считается более классисечким химическим канцерогеном, он опасен для человека даже при малой концентрации, так как имеет свойство биоаккумуляции. Являясь химически сравнительно стабильным, бензапирен может длительно мигрировать от одного объекта к другому. В итоге, большинство объектов и процессов в окружающей среде, которые не обладают способностью синтезировать бензапирен, оказываются вторичными источниками. Еще одно свойство, которым обладает бензапирен – это мутагенное действие.

11) Промышленные пыли в зависимости от механизма их образования можно подразделить на 4 класса [4, с.73-78]:

-механические пыли, образующихся путем измельчения продукта в ходе технологического процесса;

-возгоны, которые образуются  в процессе объемной конденсации  паров веществ при охлаждении  газа, протекающего через технологический  аппарат, установку или агрегат;

-летучие золы представляют  собой содержащиеся в дымовых  газах во взвешенном состоянии  несгораемые остатки топлива, происходит  из его минеральных примесей  при горении;

-промышленная сажа, в  ее состав входит твёрдый высокодисперсный углерод, образующийся при неполном сгорании или термическом разложении углеводородов.

12) Смог (от англ. Smoky fog,- "дымовой туман") - аэрозоль, который состоит из дыма, тумана и пыли. Является одним из видов загрязнения атмосферы в крупномасштабных городах и промышленных центрах. Изначально, понятие смог означало дым, созданный путем сжигания большого количества угля (смесь дыма и диоксида серы SO2). В 1950-х годах, был представлен новый вид смога - фотохимический, являющийся результатом смешения в атмосфере таких загрязняющих веществ, как [4, с. 80-86]: [4, с.80-86]: