Загрязнение окружающей среды

     Еще большее разнообразие свойственно  органической пыли, включающей алифатические  и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических  и других подобных предприятиях. Постоянными  источниками аэрозольного загрязнения  являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. куб. м условного оксида углерода и более 150 т. пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

     Концентрация  аэрозолей меняется в весьма широких  пределах: от 10 мг/м3 в чистой атмосфере  до 2.10 мг/м3 в индустриальных районах. Концентрация аэрозолей в индустриальных районах и крупных городах  с интенсивным автомобильным  движением в сотни раз выше, чем в сельской местности. Среди  аэрозолей антропогенного происхождения  особую опасность для биосферы представляет свинец, концентрация которого изменяется от 0,000001 мг/м3 для незаселенных районов  до 0,0001 мг/м3 для селитебных территорий. В городах концентрация свинца значительно  выше – от 0,001 до 0,03 мг/м3.

     Аэрозоли  загрязняют не только атмосферу, но и  стратосферу, оказывая влияние на ее спектральные характеристики и вызывая  опасность повреждения озонового  слоя. Непосредственно в стратосферу  аэрозоли поступают с выбросами  сверхзвуковых самолетов, однако имеются  аэрозоли и газы, диффундирующие в  стратосфере.

     Основной  аэрозоль атмосферы – сернистый  ангидрид (SO2), несмотря на большие масштабы его выбросов в атмосферу, является короткоживущим газом (4 – 5 суток). По современным  оценкам, на больших высотах выхлопные  газы авиационных двигателей могут  увеличить естественный фон SO2 на 20%. Хотя эта цифра невелика, повышение  интенсивности полетов уже в  ХХ веке может сказаться на альбедо  земной поверхности в сторону  его увеличения. Ежегодное поступление  сернистого газа в атмосферу только вследствие промышленных выбросов оценивается  почти в 150 млн. т. В отличие от углекислого газа сернистый ангидрид является весьма нестойким химическим соединением. Под воздействием коротковолновой солнечной радиации он быстро превращается в серный ангидрид и в контакте с водяным паром переводится в сернистую кислоту. В загрязненной атмосфере, содержащей диоксид азота, сернистый ангидрид быстро переводится в серную кислоту, которая, соединяясь с капельками воды, образует так называемые кислотные дожди.

     К атмосферным загрязнителям относятся  углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 3 атомов углерода. Они  подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной  радиацией. В результате этих реакций  образуются перекисные соединения, свободные  радикалы, соединения углеводородов  с оксидами азота и серы часто  в виде аэрозольных частиц. При  некоторых погодных условиях могут  образовываться особо большие скопления  вредных газообразных и аэрозольных  примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно  над источниками газопылевой  эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха  под теплым, что препятствует воздушным  массам и задерживает перенос  примесей вверх. В результате вредные  выбросы сосредотачиваются под  слоем инверсии, содержание их у  земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее  неизвестного в природе фотохимического  тумана.

     Загрязнение атмосферы выбросами  транспорта

     Большую долю в загрязнении атмосферы  составляют выбросы вредных веществ  от автомобилей. Сейчас на Земле эксплуатируется  около 500 млн. автомобилей, а к 2000 г. ожидается  увеличение их числа до 900 млн. В 1997 г. в Москве эксплуатировались 2400 тыс. автомобилей при нормативе 800 тыс. автомобилей на действующие дороги.

     В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным  источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах. В  среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т  топлива и около 26 – 30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что  в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/год): угарного газа – 700, диоксида азота – 40, несгоревших углеводородов – 230 и твердых веществ – 2 – 5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного бензина.

     Наблюдения  показали, что в домах, расположенных  рядом с большой дорогой (до 10 м), жители болеют раком в 3 – 4 раза чаще, чем в домах, удаленных от дороги на расстояние 50 м. Транспорт отравляет  также водоемы, почву и растения.

     Токсичными  выбросами двигателей внутреннего  сгорания (ДВС) являются отработавшие и картерные газы, пары топлива  из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает  в атмосферу с отработавшими  газами ДВС. С картерными газами и  парами топлива в атмосферу поступает  приблизительно 45 % углеводородов от их общего выброса.

     Количество  вредных веществ, поступающих в  атмосферу в составе отработавших газов, зависит от общего технического состояния автомобилей и, особенно, от двигателя – источника наибольшего  загрязнения. Так, при нарушении  регулировки карбюратора выбросы  оксида углерода увеличиваются в 4...5 раза. Применение этилированного бензина, имеющего в своем составе соединения свинца, вызывает загрязнение атмосферного воздуха весьма токсичными соединениями свинца. Около 70 % свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью, попадает в виде соединений в атмосферу  с отработавшими газами, из них 30 % оседает на земле сразу за срезом выпускной трубы автомобиля, 40 % остается в атмосфере. Один грузовой автомобиль средней грузоподъемности выделяет 2,5...3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине.

     Исключить поступление высокотоксичных соединений свинца в атмосферу можно заменой  этилированного бензина неэтилированным.

     Выхлопные газы ГТДУ содержат такие токсичные  компоненты, как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажу, альдегиды  и др. Содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно  зависит от режима работы двигателя. Высокие концентрации оксида углерода и углеводородов характерны для  газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) на пониженных режимах (при холостом ходе, рулении, приближении к аэропорту, заходе на посадку), тогда как содержание оксидов азота существенно возрастает при работе на режимах, близких к номинальному (взлете, наборе высоты, полетном режиме).

     Суммарный выброс токсичных веществ в атмосферу  самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода  топлива до 20...30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов. Отмечается влияние ГТДУ на озоновый слой и накопление углекислого газа в атмосфере.

     Наибольшее  влияние на условия обитания выбросы  ГГДУ оказывают в аэропортах и  зонах, примыкающих к испытательным  станциям. Сравнительные данные о  выбросах вредных веществ в аэропортах подзывают, что поступления от ГТДУ в приземной слой атмосферы составляют, %: оксид углерода – 55, оксиды азота  – 77, углеводороды – 93 и аэрозоль – 97. Остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.

     Загрязнение воздушной среды транспортом  с ракетными двигательными установками  происходит главным образом при  их работе перед стартом, при взлете, при наземных испытаниях в процессе их производства или после ремонта, при хранении и транспортировании  топлива. Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и  рекомбинации молекул. Количество продуктов  сгорания зависит от мощности (тяги) двигательных установок. При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются пары воды, диоксид  углерода, хлор, пары соляной кислоты, оксид углерода, оксид азота, а  также твердые частицы Аl2O3 со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм).

     При старте ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не только на приземной  слой атмосферы, но и на космическое  пространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового  слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов  сверхзвуковых самолетов.

     В связи с развитием авиации  и ракетной техники, а также интенсивным  использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного  хозяйства существенно возрос общий  выброс вредных примесей в атмосферу. Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5 % токсичных веществ, поступающих в атмосферу от транспортных средств всех типов.

     Средства  защиты атмосферы

     Контроль  загрязнения атмосферы на территории России осуществляется почти в 350 городах. Система наблюдения включает 1200 станций  и охватывает почти все города с населением более 100 тыс. жителей  и города с крупными промышленными  предприятиями.

     Средства  защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в  воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК. Во всех случаях  должно соблюдаться условие:

     С+сф (ПДК (1) по каждому вредному веществу (сф – фоновая концентрация).

     Соблюдение  этого требования достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения  или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в атмосфере  превышают ПДК, то применяют очистку  выбросов от вредных веществ в  аппаратах очистки, установленных  в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и  транспортные выпускные системы.

     На  практике реализуются следующие  варианты защиты атмосферного воздуха:

     – вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;

     –локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху;

     – локализация токсичных веществ  в зоне их образования местной  вентиляцией, очистка загрязненного  воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;

     – очистка технологических газовых  выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным  воздухом;

     – очистка отработавших газов энергоустановок, например, двигателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выброс в атмосферу или производственную зону (рудники, карьеры, складские помещения  и т. п.)

     Для соблюдения ПДК вредных веществ  в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических  и энергетических установок.

     Аппараты  очистки вентиляционных и технологических  выбросов в атмосферу делятся  на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные  и высокоскоростные); аппараты для  улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и  нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых  примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом  параметров. Основными из них являются активность очистки, гидравлическое сопротивление  и потребляемая мощность.

     Загрязнение гидросферы

     Вода - одно из самых удивительных веществ  на нашей планете. Мы можем видеть её в твёрдом (снег, лёд), жидком (реки, моря) и газообразном (пары воды в  атмосфере) состояниях. Вся живая  природа не может обойтись без  воды, которая присутствует во всех процессах обмена веществ. Все вещества, поглощаемые растениями из почвы, поступают  в них только в растворённом состоянии. Вообще вода – инертный растворитель, то есть растворитель, который не изменяется под воздействием веществ, которые  растворяет. Именно в воде когда-то зародилась жизнь на нашей планете. Благодаря мировому океану происходит терморегуляция на нашей планете. Без  воды не может жить человек. Наконец, в современном мире вода – один из важнейших факторов, определяющих размещение производственных сил, а  очень часто и средство производства. Итак, важность воды и гидросферы –  водной оболочки Земли, невозможно переоценить. Именно сейчас, когда темпы роста  водопотребления огромны, когда  некоторые страны уже испытывают острый дефицит пресной воды, особенно остро стоит вопрос снижения загрязнения  пресной воды.