Хімічне забруднення атмосфери

Екологічний ефект  впливу на здоров'я людини забруднення, пов'язаного з автотранспортом, залежить як від складу забруднювачів, так і експонованості населення. Останнє визначається не просто шириною завантажених автомагістралей, але й близькістю до них жилих будинків. Обстеження 5226 дітей у віці 1-5 років, проведене в Ньюарці (США), показало, що в 10,8% дітей, які живуть уздовж доріг з інтенсивним автомобільним рухом, вміст свинцю в крові досягав 60 мкг% і більше (при нормі 40 мкг %). У 30 м від цих доріг підвищений порівняно з нормою вміст свинцю відмічався у 8,1% дітей, а на відстані 60 м -тільки в 4,7%.

Вважається, що через вихлопні гази щорічно помирають тисячі людей (в одній Великобританії, за підрахунками, щорічно помирає 11000 чоловік), а збитки, які завдаються навколишньому середовищу, складають мільярди доларів.

За іншими підрахунками, від 15 до 18 млн. дітей у країнах, що розвиваються, страждають через високий вміст свинцю у крові. В Індії, наприклад, установили, що між розумовими здібностями дітей і кількістю свинцю, який вони поглинають з повітрям, існує зв'язок. Розумові здібності знижуються, оскільки свинець при тривалому впливі отруює і руйнує мозок. Джерелом свинцю є етилований бензин.

Крім свинцю, в атмосферне повітря з вихлопними газами надходять такі отруйні речовини, як чадний газ (монооксид вуглецю), оксиди азоту й сірки, бенз(а)пірен, озон. Вони викликають захворювання верхніх дихальних шляхів, серцево-судинної системи, різні онкопатології. Всередині машини рівень забрудненості в три рази вищий, ніж ззовні. Тривале вдихання парів бензину викликає рак легенів.

Смоги. Окремо взяті  речовини, що забруднюють повітря, менш небезпечні, ніж їхні суміші. Хімічні реакції, що відбуваються безпосередньо в повітрі приводять до виникнення димних туманів -- смогів (від англ. Smoke - дим і fog - туман). Смоги виникають за певних умов: по-перше при великій кількості пилу й газів, що викидаються в повітря міста; по-друге, при тривалому існуванні антициклональних умов погоди, при яких забруднювачі накопичуються в приземному шарі атмосфери.

Смоги бувають  кількох типів. Найбільш вивчений і  відомий вологий смог. Він звичайний  для країн з морським кліматом, де часто бувають тумани і висока відносна вологість повітря. Це сприяє змішуванню забруднюючих речовин, їх взаємодії в хімічних реакціях. При антициклонах над містами й промисловими центрами отруйні гази і пил можуть накопичитись у 100-200-метровому шарі повітря. Тоді й виникає отруйний густий брудно-жовтий туман - вологий смог. Від вологого смогу відрізняються за походженням і властивостями фотохімічний смог, або, як його називають, смог лос-анджелеського типу. Повітря в Лос-Анджелесі (США) сухе, і тому смог тут утворює не туман, а синювату димку. Для його виникнення необхідне сонячне світло, яке викликає складне фотохімічне перетворення суміші вуглеців і оксидів азоту, які надходили в повітря від автомобільних викидів, у речовини, більш токсичні від вихідних атмосферних забруднень. Однією з таких речовин є озон. Він виділяється в результаті розпаду двоокису азоту під дією олефінів з неповністю згорілого автомобільного палива. У високих концентраціях озон небезпечний для здоров'я людини. Фотохімічний туман різко знижує видимість, супроводжується неприємним запахом, у людей виникає запалення очей, слизових оболонок носа і горла, загострюються легеневі захворювання. Фотохімічний туман пошкоджує рослини, викликає корозію металів, розтріскування синтетичних виробів та ін.

Третій вид  смогу -- льодяний смог, або смог аляскінського  типу. Він виникає в Арктиці  і Субарктиці при низьких температурах антициклонів. У цьому випадку  викиди навіть невеликої кількості  забруднюючих речовин з топок  приводять до виникнення густого туману, що складається з найдрібнішіх кристаликів льоду і сірчаної кислоти.

Тривалість  смогів - від одного до кількох днів, але інтенсивність забруднення  може бути настільки великою, що нерідко  викликає жертви серед населення. Так, при одному з найбільш значних смогів 5-7 грудня 1952 р. в Лондоні, коли концентрація сірчистого газу різко зросла, досягнувши 2-4 мг/м³, кількість померлих збільшилась на 4 тис. чоловік у порівнянні з середньою кількістю смертельних випадків.

Кислотні дощі. Оксиди азоту і сірки, потрапляючи в атмосферу в результаті роботи ТЕЦ і автомобільних двигунів, вступають у реакцію з водою, що знаходиться в атмосфері, і утворюють крапельки азотної і сірчаної кислоти. У вигляді кислотного туману вони переносяться вітрами і випадають на землю кислотним дощем.

Кислотні дощі завдають величезних збитків. Урожайність  більшості сільськогосподарських  культур знижується на 3-8% у результаті пошкодження листя кислотами. Кислі  опади сприяють вимиванню з ґрунту кальцію, магнію, калію, що викликає його деградацію. У водоймах гинуть цінні види риб; засихають ліси (як результат, у гірських районах збільшується кількість гірських осипів і селів); різко прискорюється процес руйнування будівель, пам'ятників архітектури та ін.

Негативний  вплив викликає вдихання людьми повітря, забрудненого кислотним туманом.

Діоксид сірки  і меншою мірою діоксид азоту  через високу розчинність добре  поглинаються верхніми дихальними шляхами -- до 80-95%. При ротовому диханні ступінь  затримки менша.

Діоксид сірки  швидко розчиняється в крові і розноситься кровоносною системою. Він викликає як гіпертрофію (потовщення і збільшення), так і гіперплазію (зміну загальної кількості клітин в епітелії) органів.

Діоксид сірки  викликає бронхоспазм, активізує слизовідділен-ня, змінює фагоцитоз. Тривалий вплив діоксиду сірки збільшує кількість захворювань на рак.

Дія діоксиду азоту  дещо відрізняється від дії діоксиду сірки. Проникаючи в легені, він розчиняється в кровоносній системі, але, будучи сильним окислювачем, безпосередньо вражає легеневі тканини. У бронхах і альвеолах патологічні зміни проявляються уже в концентраціях, які реально спостерігаються в містах. Симптоми нагадують емфізему (розширення) легень. Особливо чутливі до діоксиду азоту тонкі лусочкові клітини, які здійснюють газообмін, і війчасті клітини у верхній частині дихального тракту, спостерігається скорочення їх кількості і активності. Діоксид азоту викликає не тільки зміну клітин і тканин, але й знижує бактеріальний захист легень.

Радіоактивне  забруднення атмосфери - це забруднення атмосферного повітря радіоактивними домішками природного і антропогенного походження. Природне забруднення відбувається внаслідок виділення в атмосферу радіоактивних ізотопів, які утворюються в земній корі, внаслідок розпаду радіонуклідів природних радіоактивних елементів. Джерела антропогенного забруднення - ядерні вибухи, атомна енергетика і промисловість. Радіоактивні речовини потрапляють у стратосферу, де повітряні течії розносять їх на значні відстані. В атмосфері вони концентруються в основному на аерозолях. Разом з ними вони поширюються і в результаті самоочищення атмосфери поступово вимиваються опадами або гравітаційно осаджуються на землі.

1.3 Основні забруднюючі речовини

Людина забруднює  атмосферу вже тисячоліття, проте  наслідки вживання вогню, яким віна користувалася весь цей період, були незначні. Доводилося миритися з тим, що дим заважав диханню і що сажа брикала чорним покривом на стелі і стінах житла. Одержуване тепло було для людини важливіше, ніж чисте повітря і незакінчені стіни печери. Це початкове забруднення повітря не представляло проблеми, бо люди барилися тоді невеликими групами займаючи невеликі площі. І навіть значне зосередження людей на порівняно невеликій території, як це було в класичній старовині, не супроводжувалось ще серйозними наслідками.

Так було аж до кінця дев'ятнадцятого століття. Лише за останні сто років розвиток промисловості "обдарував" нас  такими виробничими процесами, наслідки яких спочатку людина ще не могла собі уявити. Виникли міста-мілліонери, зростання яких зупинити не можна. Все це результат великих винаходів і завоювань людини.

В основному  існують три основні джерела  забруднення атмосфери: промисловість, побутові котельні, транспорт. Частка шкірного з цих джерел в загальному забрудненні повітря сильно розрізняється поклад від місця. Зараз загальновизнано, що найбільш сильно забруднює повітря промислове виробництво.

Джерела забруднень - теплоелектростанції, які разом  з димом викидають в повітря  сірчистий і вуглекислий газ; металургійні підприємства, особливо кольорової металургії, які викидають у повітря оксиди азоту, сірководень, хлор фтор, аміак, з'єднання фосфору, частинки і з'єднання ртуті і миш'яку; хімічні і цементні затони. Шкідливі гази дають в повітря в результаті спалювання палива для потреб промисловості , опалювання жител, роботи транспорту, спалювання і переробки побутових і промислових відходів. Атмосферні забруднення поділяють на первинні, що приходять безпосередньо в атмосферу, і вторинні, є результатом перетворення останніх. Так, що поступає в атмосферу сірчистий газ окисляється до сірчаного ангідриду, який взаємодіє з парами води і утворює крапельки сірчаної кислоти. При взаємодії сірчаного ангідриду з аміаком утворюються кристали сульфату амонія. Так саме, в результаті хімічних, фотохімічних , физико-хімічних реакцій між забруднюючими речовинами і компонентами атмосфери, утворюються інші вторинні ознаки. Основнім джерелом пирогенного забруднення на планеті є теплові електростанції, металургійні і хімічні підприємства, котельні установки, споживаючі більш 170% кожного року твердого і рідкого палива, що здобувається. Основними шкідливими домішками пирогенного походження є наступні:

а) Оксид вуглецю .

В повітря він  потрапляє в результаті спалювання твердих відходів, з вихлопними газами і викидами промислових підприємств. Щорічно цього газу поступає в атмосферу не менше 1250 млн.т. Оксид вуглецю є з'єднанням, активно реагуючим з складовими частинами атмосфери і сприяє повишеню температури на планеті, і створенню парникового эфекту.

б) Сірчистий ангідрид. . Виділяється в процесі переробки сірчистих руд, що містить (до 170 млн.т. в рік). Частина з'єднань сірки виділяється при горінні органічних залишків в гірничорудних відвалах. Тільки в США загальна кількість викинутого в атмосферу сірчистого ангідриду склало 65 відсотків від загальносвітового викиду.

в) Сірчаний ангідрид. Утворюється при окисленні сірчистого ангідриду. Кінцевим продуктом реакції  є аерозоль або розчин сірчаної кислоти  в дощовій воді, який підкисляє  грунт, загострює захворювання дихальних шляхів людини. Випадіння аерозолю сірчаної кислоти з димових факелів хімічних підприємств наголошується при низькій хмарності і високій вологості повітря. Листові пластинки рослин, що виростають на відстані менше 11 км. від таких підприємств, звичайно бувають густо посіяні дрібними некротичними плямами, що утворилися в місцях осідання крапель сірчаної кислоти. Пірометалургійні підприємства кольорової і чорної металургії, а також ТЕС кожного року викидають в атмосферу десятки мільйонів тонн сірчаного ангідриду.

г) Сірководень  і сірковуглець. Поступають в атмосферу  окремо або разом в іншими з'єднаннями  сірки. Основними по викиду є підприємства по виготовленю волокна, цукру, коксохімічні, нафтопереробні, а також нафтопромисли. В атмосфері при взаємодії з іншими забруднювачами піддаються повільному окисленню до сірчаного ангідриду.

д) Окиснення  азоту. .Основними джерелами викиду є підприємства, азотні добрива, азотну кислоту, що проводять і нітрати, барвники, шовк, целулоїд. Кількість  окисників азоту, що поступають в атмосферу, складає 20 млн.т. в рік.

е) З'єднання  фтору. Джерелами забруднення є

підприємства  по виробництву алюмінію, емалей, скла, керамики, стали. Фторові речовини поступают  в атмосферу у вигляді газоподібних з'єднань фториду натрію і кальцію. З'єднання характеризуються токсичним ефектом. Похідні фтору є сильними інсектицидами.

ж) З'єднання  хлора. Поступають в атмосферу від  хімічних підприємств, що проводять  соляну кислоту, органічні фарбники, гідролізний спирт. В атмосфері  зустрічаються як домішка молекули хлора і пари соляної кислоти. Токсичність хлора визначається видом з'єднань і їх концентрацією. В металургійній промисловості при виплавці чавуну і при переробці його на сталь відбувається викид в атмосферу різних важких металів і отруйних газів. Так, з розрахунку на 11 т. виділеного чугуна виділяється окрім 12,7 кг. осернистого газу і 14,5 кг. пилевих частинок, що визначають кількість з'єднань миш'яку, фосфору, сурми, свинцю, парі ртуті і рідкісних металів, смоляних речовин і ціаністого водню.

1.4 Аерозольне забруднення атмосфери

Аерозолі - це тверді або рідкі частинки, що знаходяться  в зваженому стані в повітрі. Тверді компоненти аерозолів у ряді випадків особливо небезпечні для організмів, а у людей визивають специфічні захворювання. В атмосфері аерозольні забруднення сприймаються у вигляді диму, туману. Значна частина аерозолів утворюється в атмосфері при взаємодії твердих і рідких частинок між собою або з водяним паром. Середній розмір аерозольних частинок складає 11-5 1мкм. В атмосферу Землі щорічно поступає близько 11 куб.км. Велика кількість пилових частинок утворюється також в ході діяльності людей. Відомості про деякі джерела техногенного пилу наведені нижче:

ВИРОБНИЧИЙ  ПРОЦЕС ВИКИД ПИЛІ,МЛН.Т./ГОД

11. Спалювання  кам'яного вугілля 93,60

12. Виплавка  чавуну 20,21

13. Виплавка  міді (без очищення) 6,23

14. Виплавка  цинку 0,18

15. Виплавка  олово (без очищення) 0,004

16. Виплавка  свинцю 0,13

17. Виробництво  цементу 53,37

Основними джерелами  штучних аерозольних забруднень повітря є ТЕС, які споживають вугілля високої зольності, збагачувальні фабрики, металургійні, цементні, магнезитові і сажа затону. Аерозольні частинки від цих джерел відрізняються великою різноманітністю хімічного складу. Частіше всього в їх складі виявляються з'єднання кремнію, кальцію і вуглецю, рідше - оксиди металів: заліза магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, висмута, селену, миш'яку, берилія, кадмію, хрому, кобальту, молибдена, а також азбест. Ще більша різноманітність властиво органічного пилу, включаючою ароматичні вуглеводні, солі кислот. Вона утворюється при спалюванні остаточних нафтопродуктів, в процесі пиролиза на нефтепереробних , нафтохімічних і інших подібних підприємств.

Джерелом пилу і ядовитих газів служать масові вибухові роботи. Так, в результаті одного середнього по масі вибуху ( 1250-300 тонн вибухових речовин) в атмосферу викидається близько 12 тис. куб. м . умовного оксиду вуглецю і більше 1150 т. пилу. Виробництво цементу і інших будівельних матеріалів також є джерелом забруднення атмосфери пилом. Основні технологічні процеси цих виробництв є одержування продуктів в потоках гарячих газів, які завжди призводять до викиду пилу і інших шкідливих речовин в атмосферу .Вони піддаються різним перетворенням, окиненю, полімеризації, взаємодіючи з іншими атмосферними забруднювачами після збудження сонячною радіацією. В результаті цих реакцій утворюються перекиснене з'єднання, вуглеводнів з оксидами азоту і сірі часто у вигляді аерозольних частинок. При деяких погодних умовах можуть утворюватися особливо великі скупчення шкідливих газоподібних і аерозольних домішок в приземному шарі повітря.