Оценка экологического состояния атмосферы в промышленной зоне

Введение

 

В современный период атмосфера  Земли претерпевает множественные  изменения коренного характера:

• модифицируются ее свойства и газовый состав;

• возрастает опасность разрушения ионосферы и стратосферного озона;

• повышается ее запыленность;

• нижние слои атмосферы насыщаются вредными доля живых организмов газами и веществами промышленного и другого хозяйственного происхождения.

Вследствие огромных выбросов техногенных газов и веществ, достигающих многих миллиардов тонн в год, происходит нарушение газового состава атмосферы.  Весьма важную роль в составе атмосферы играет двуокись углерода (углекислый газ),  который играет важную роль не только в жизнедеятельности человека, но и в выполнении атмосферной функции предохранения подстилающей поверхности от  перегрева и переохлаждения. Однако, хозяйственная деятельность человека нарушила естественный баланс выделения и ассимиляции СО₂ в природе, в результате чего его концентрация в атмосфере увеличивается.

Наука еще не в полной мере прояснила некоторые важные элементы кругооборота СО_2. Остается неясным вопрос о количественных характеристиках связи между увеличением концентрации этого газа в атмосфере и мерой его способности задерживать обратное излучение в космос тепла, получаемого Землей от Солнца. Тем не менее неоспоримый рост концентрации СО₂ в атмосфере свидетельствует о глубоком нарушении одного из компонентов глобального равновесия в биосфере, что в сочетании с другими нарушениям может иметь очень серьезные последствия [4].

Также очень важен  вопрос увеличения масштабов нарушения баланса кислорода в атмосфере.  Ранее масса свободного кислорода (порядка 1,18 * 10¹⁵ т) длительное время оставалась постоянной (производимый растениями ежегодный прирост тратился на естественные окислительные процессы), однако в настоящее время этот баланс нарушен и ситуация продолжает ухудшаться. Современное человечество ежегодно за счет сжигания топлива потребляет примерно 20 млрд. т атмосферного кислорода. Современная наука считает,  что кислород представляет собой продукт не подвергшихся окислению органических остатков прошлых биосфер. Человечество, используя эти «остатки» в техногенном кругообороте кислорода, возвращает нынешнюю биосферу в некое исходное состояние. Примерно в том же направлении действует и процесс увеличения концентрации углекислого газа.

Многие современные техногенные  вещества при попадании в атмосферу представляют собой немалую угрозу для жизни человека. Они наносят большой ущерб здоровью людей и живой природе. Некоторые из этих веществ могут переноситься ветрами на большие расстояния. Для них не существует границ государств,  вследствие чего данная проблема является международной [2].

Основными загрязнителями такого плана являются оксиды серы (в особенности серы диоксид – сернистый ангидрид), а также оксиды азота. Быстрое накопление этих загрязнителей в атмосфере северного полушария породило такое явление, как кислые и подкисленные осадки. Эти осадки пагубно влияют на биологическую продуктивность почв и водоемов, наносят большой экономический ущерб.

Наконец, еще одна крупная  проблема, это увеличение запыленности атмосферы вследствие антропогенных  факторов. По различным оценкам, поступление техногенных, взвешенных в воздухе частиц (аэрозолей) в атмосферу Земли достигает ежегодно 1–2,6 млрд. т и равно количеству аэрозолей природного происхождения. В результате запыленность атмосферы в целом увеличилось за последние 50 лет на 70%.

Как видим ситуация только ухудшается, поэтому атмосфере необходима защита, причем на государственном уровне, то есть именно государство должно взять на себя эту роль.

Цель курсовой работы: определить экологическое состояние  атмосферного воздуха в промышленной зоне.

Для выполнения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Определить общую нагрузку  на атмосферу промышленной зоны  стационарных источников и выявить динамику её изменений по годам.

2. Выявить основные техногенные  примеси и источники их выброса  в атмосферу.

3. Определить категории  опасности веществ и предприятий.

4. Рассчитать размеры  зоны загрязнения вокруг источников  и дать анализ местоположению  объекта.

5. Составить список веществ  подлежащих контроля в промышленной  зоне по годам исследований.

6. Дать оценку экологическому  состоянию атмосферы.

7. Составить прогнозы

8. Сделать соответствующие  выводы.

 

 

 

1. Литературный  обзор

1.1. Значение и  функции атмосферы

 

Атмосфера нашей планеты  состоит в основном из азота и  кислорода, которые в сухом воздухе составляют по объему соответственно 78 и 21%. Кроме того, в состав атмосферы входят углекислый газ, азот, аргон, водород, гелий и некоторые другие газы, а так же водяной пар, содержание его составляет в среднем 2,4 г/см³ .

Основным источником водяного пара в атмосфере служит испарение  с поверхности наземных водоемов, и прежде всего Мирового океана. Наличие водяного пара в атмосфере  создает определенную влажность, что  имеет большое значение для жизнедеятельности  организмов [12].

Молекулярный азот может  потребляться (фиксироваться) как питательный элемент огромным числом различных почвенных и водных бактерий и по пищевым цепям поступать в многообразные живые организмы на Земле [10].

Атмосфера структурно подразделяется на тропосферу, стратосферу, ионосферу  и экзосферу. Тропосфера – это нижний слой атмосферы, который простирается до высоты 8–10 км в полярных широтах и 16–18 км в тропиках. Практически вся масса наземных живых организмов существует в тропосфере. Физические процессы, происходящие в тропосфере, определяют изменения погоды и оказывают основное влияние на климат планеты. К таким процессам относятся поглощение солнечной радиации, влагооборот, циркуляция атмосферы.

Стратосфера располагается  за тропосферой на высоте 50–60 км от поверхности Земли. Этот слой атмосферы весьма разряжен, в нем с высотой постепенно уменьшается количество кислорода и азота, но увеличивается количество легких газов – водорода, гелия и др. На высоте 20–22 км от поверхности Земли в стратосфере находится озоновый слой, который поглощает и частично отражает губительное ультрафиолетовое излучение Солнца. Озоновый слой в значительной мере влияет на тепловые условия у поверхности Земли и основные физические процессы в тропосфере.

На высоте 80–800 км расположена  ионосфера, или термосфера. Ионосфера в основном образована ионами, продуктами разрушения атомов космическими лучами. На высоте 150–600 км температура в этом слое атмосферы повышается до 1500 ˚С, вследствие ионизации возникает свечение, которое на Земле наблюдается в виде полярного сияния.

Самая верхняя, сильно разряженная  часть атмосферы, называется экзосферой. Температура здесь достигает 2000 ˚С. В экзосфере газы пребывают в атомарном состоянии. Экзосфера постепенно переходит в межпланетное пространство (рис.1.1.) [12].

Рис.1.1. Строение атмосферы

Атмосфера оказывает огромное влияние на живые организмы и  биологические процессы, происходящие на суше и на море. Наибольшее значение имеют:

• кислород атмосферы, который  используется в процессах дыхания  и минерализации органического  вещества;

• углекислый газ, необходимый для нормального протекания процесса фотосинтеза автотрофных организмов;

• озон, задерживающий смертоносное для всего живого ультрафиолетовое излучение Солнца.

Существование живого вещества биосферы невозможно без современной атмосферы. Атмосфера в ее нынешнем состоянии является продуктом длительного исторического процесса, и в процессе эволюции претерпела ряд значительных изменений [12].

Основной потребитель  воздуха в природе – флора  и фауна Земли. Воздух необходим всему живому на Земле. Человек ежедневно потребляет 12–15 кг воздуха, вдыхая каждую минуту от 5 до 100 л, что значительно превосходит среднесуточную потребность в пище и воде. Но для нормальной жизнедеятельности людей требуется не только воздух, но и определенная его чистота. От качества воздуха зависят здоровье люде, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность любых конструкций зданий, сооружений. Загрязненный воздух губителен для вод, суши, морей, почв.

Атмосфера надежно оберегает человека от многочисленных опасностей, угрожающих ему из космоса. Метеориты, в подавляющем большинстве не превышающие по величине горошину, под влиянием земного притяжения с огромной скоростью (от 11 до 64 км/ч) врезаются в атмосферу планеты, раскаляются там в результате трения о воздух и на высоте около 60–70 км по большей части сгорают. На верхнюю границу атмосферы ежесекундно обрушивается лавина космических излучений. Если бы они достигли земной поверхности, то все живущее на Земле мгновенно исчезло [9].

Атмосфера определяет световой и регулирует тепловой режимы Земли, способствует перераспределению тепла  на земном шаре. Лучистая энергия Солнца – практически единственный источник тепла для поверхности Земли  – частично поглощается атмосферой, и достигшая поверхности Земли  энергия – почвой и водоемами, морями и океанами, частично отражается в атмосферу.

Газовая оболочка предохраняет Землю от чрезмерного остывания  и нагревания. Благодаря ей на Земле  не бывает резких перепадов от морозов  к жаре и обратно. Если бы Земля не была окружена воздушной оболочкой, то в течение одних суток амплитуда колебаний температуры достигла бы 200 ˚С: днем стояла бы сильная жара (выше 100 ˚С), а ночью мороз (-100 ˚С). Еще большая разница была бы между зимними и летними температурами. Именно благодаря атмосфере средняя температура на Земле составляет приблизительно 15 ˚С.

Велико значение атмосферы  и в распределении света. Ее воздух разбивает солнечные лучи на миллион мелких лучей, рассеивает их и создает равномерное освещение, к которому мы привыкли. Воздушная оболочка придает нашему небу голубой цвет, так как молекулы основных элементов воздуха и различные примеси, содержащиеся в нем, рассеивают главным образом лучи с короткой длиной волны, т.е. фиолетовые, синие и голубые.

Так же атмосфера служит проводником звуков. Без нее на Земле царила бы тишина, невозможна была бы человеческая речь [9].

Физические и химические характеристики атмосферы, отличающиеся от адекватных, могут отрицательно влиять на здоровье людей, их работоспособность и продолжительность жизни.

Атмосферный воздух широко используется как природный ресурс в народном хозяйстве. Из атмосферного азота производятся минеральные  азотные удобрения, азотная кислота  и ее соли. Аргон и азот используются в металлургии, химической и нефтехимической  промышленности. Из атмосферного воздуха получают также кислород и водород [13]. 

1.2. Характеристика  основных техногенных примесей  атмосферы

 

Проблема загрязнения  атмосферы волнует все человечество. Наиболее острой она оказалась в  промышленно развитых странах. Ущерб  здоровью людей от загрязнения атмосферного воздуха не меньший, чем от выброса сточных, промышленных и бытовых отходов в водоемы.

Запасы кислорода на Земле  практически безграничны. Атмосферный  воздух относится к категории  неисчерпаемых природных ресурсов, но хозяйственная деятельность человека влияет на атмосферу и изменяет состав воздуха. Эти изменения нередко принимают настолько значительный и устойчивый характер, что приходится предпринимать меры для его охраны [10].

За последние 100 лет атмосфера  как природный ресурс претерпела значительные изменения вследствие антропогенного воздействия, что выражается в поступлении огромного количества веществ, являющихся загрязнителями и влияющих на эволюционно сложившиеся физико-химические процессы, происходящие в атмосфере. Антропогенное влияние хозяйственной деятельности приобрело в настоящее время глобальный характер [12].

Антропогенное загрязнение  может быть местным, когда увеличивается концентрация загрязняющих веществ на небольшой территории – город, район, сельскохозяйственная зона, региональным, когда загрязняется значительное пространство, и глобальным, когда наступает изменение состояния атмосферы в целом на Земле [13].

На состав атмосферы отрицательно влияет выброс вредных веществ: окислов  серы, азота, углеводородов, пыли. Состояние  воздушного бассейна определяется массой вредных веществ, поступающих с  отходящими газами, и концентрацией  вредных веществ. Основным показателем  является концентрация вредных веществ и ее соотношение с предельно допустимой концентрацией. Концентрация вредного вещества в атмосфере определяется не только массой выброса, но и климатическими и метеорологическими характеристиками местности, где этот выброс производится. Закономерности распространения примесей определяются как свойствами самих загрязнителей, так и регенерационными возможностями природной среды. Интенсивность рассеивания примесей зависит от распределения температуры по высоте над землей. Важную роль в рассеивании и переносе примесей в атмосфере играет распределение скорости ветра по высоте над землей и коэффициентов турбулентности в слое воздуха, где происходит рассеивание [2].