<< Предыдущая

стр. 7
(из 44 стр.)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Следующая >>

естественные
антропогенные

Пыяь



Диоксид серы




Оксиды азота


Оксид углерода


Летучие углеводороды

Полициклические аро-матические углеводороды
Вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары и др.

Вулканические извержения, окисление серы и сульфатов, рассеянных в море

Лесные пожары


Лесные пожары, выделения океанов


Лесные пожары, природный метан

-
Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках

Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках


Промышленность, автотранспорт, теплоэлектростанции
Автотранспорт, промышленные энергоустановки, предприятия черной металлургии
Автотранспорт, испарение нефтепродуктов

Автотранспорт, химические и нефтеперерабатывающие заводы
В городах 0,04—0,4



В городах до 1,0




В районах с развитой промышленностью до 0,2
В городах 1...50



В районах с развитой промышленностью до 0,3
В районах с развитой промышленностью до 0,01

Таблица 2.3.
Ежегодное количество примесей, посупающих в атмосферу земли

Вещество
Выбросы, млн. т

Доля антропогенных примесей в общих поступлениях, %

естественные
антропогенные

Пыль
Оксид углерода
Углеводороды
Оксиды азота
Оксиды серы
Диоксид углерода
3700
5000
2600
770
650
485000
1000
304
88
53
100
18300
27
5,7
3,3
6,5
13,3
3,6

Кроме приведенных выше веществ и пыли в атмосферу выбрасываются и другие, более токсичные вещества. Так, вентиляционные выбросы заводов электронной промышленности содержат пары плавиковой, серной, хромовой и других минеральных кислот, органические растворители и т. п. В настоящее время насчитывается более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу, их количество увеличивается.
Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных источников в РФ в 1996 г. приведены ниже [2.2]:


Млн. т
Пыль ..........
4,1
Диоксид серы .....
7,87
Оксид углерода .....
4,19
Оксиды азота .....
2,75
Углеводороды .....
1.34

Каждой отрасли промышленности присущ характерный состав и масса веществ, поступающих в атмосферу. Это определяется преазде всего составом веществ, применяемых в технологических процессах и экологическим совершенством последних. В настоящее время экологические показатели теплоэнергетики, металлургии, нефтехимического производства и ряда других производств изучены достаточно подробно. Необходимые сведения можно найти в работах [2.4, 2.5]. Меньше исследованы показатели машиностроения и приборостроения, их отличительными особенностями являются: широкая сеть производств, приближенность к жилым зонам, значительная гамма выбрасываемых веществ, среди которых могут содержаться вещества 1 и 2-го класса опасности, такие как пары ртути, соединения свинца и т. п.
Выбросы токсичных веществ приводят, как правило, к превышению текущих концентраций веществ над предельно допустимыми. Контроль состояния атмосферы в городах страны показал, что уровень загрязнения в 1996 г. остался весьма высоким. Максимальные концентрации загрязняющих веществ превышали 10 ПДКср в 70 городах. В табл. 2.4 приведены данные по некоторым городам страны с большим уровнем загрязнения атмосферного воздуха.
Таблица 2.4.
Города с большим уровнем загрязнения атмосферы в 1990 г. (извлечение из табл. 2.3 [2.3])

№ по (2.3]
Город
Вещества, определяющие уровень загрязнения
Отрасль промышленности, создающая загрязнение
7

23

38

42

49
Братск

Иркутск

Магнитогорск
Москва

Омск
Бенз(а)пирен, формальдегид, сероуглерод, фтористый водород
Бенз(а)пирен, формальдегид, диоксид азота
Бенз(а)пирен, сероуглерод, стирол, диоксид азота
Формальдегид, бензол, диоксид азота
Аммиак, формальдегид
Цветная металлургия, целлю-лозно-бумажная, энергетика
Энергетика, тяжелое машиностроение
Черная металлургия

Автотранспорт, нефтехимическая

Нефтехимическая, химическая

Большая часть примесей атмосферного воздуха в городах проникает в жилые помещения. В летнее время (при открытых окнах) состав воздуха в жилом помещении соответствует составу воздуха вне помещения на 90 %, зимой — на 50 %.
Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воздухе стимулируют их взаимодействие с образованием более токсичных соединений (смога, кислот) или приводят к таким явлениям, как «парниковый эффект» и разрушение озонового слоя.
Общая схема реакций образования фотохимического смога сложна и в упрощенном виде может быть представлена реакциями
NO2 +hv ® NO + O
O + O2 ® O2
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
CnHm + O .
CnHm + O3 ПАН (пероксиацилнитраты)

Смог весьма токсичен, так как его составляющие обычно находятся в пределах: О3 —60-75 %, ПАН, H2O2, альдегиды и др.—25...40 %.
Для образования смога в атмосфере в солнечную погоду необходимо наличие оксидов азота, углеводородов (их выбрасывают в атмосферу автотранспорт, промышленные предприятия). Характерное распределение фотохимического смога по времени суток показано на рис. 2.1, а его воздействие на человека и растительность в табл. 2.5.


Рис. 2.1. Относительные концентрации NO2 и О2 в
атмосферном воздухе (г. Лос-Анджелес, 19.07.65 г.)

Таблица 2.5.
Воздействие фотохимических оксидантов
на человека и растительность
.Концентрация оксидантов


Экспозиция,ч

Эффект воздействия
мкг/м3
Млн-1


100
200
250

600
0,05
0,1
0,13

0,3
4
-
24

1
Повреждение растительности
Раздражение глаз
Обострение респираторных
заболеваний
Ухудшение спортивных показателей
Примечание. В России принято выражать концентрации газообразных примесей в мг/м3 , а за рубежом – в частях на миллион (млн-1, ррт). Для перевода концентраций с, выраженных в мг/м3, необходимо использовать соотношение с (мг/м3) = с (млн-1)·М/24,5, где М — молярная масса примесей, г/моль; 24,5 —объем (л) 1 моль идеального газа при температуре 25 °С и давлении 105 Па. Для О3 при t = 25?С 1 млн-1 = 1,962 мг/м3.

Фотохимические смоги, впервые обнаруженные, в 40-х годах в г. Лос-Анджелес, теперь периодически наблюдаются во многих города мира.
Кислотные дожди известны более 100 лет, однако проблема этих дождей возникла около 20 лет назад.
Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот. Наиболее важные из них: SO2, NОх, H2S. Кислотные дожди возникают вследствие неравномерного распределения этих газов в атмосфере. Например, концентрация SO2 (мкг/м3) обычно таковы: в городе 50...1000, на территории около города в радиусе около 50 км 10...50, в радиусе около 150 км 0,1...2, над океаном 0,1.
Основными реакциями в атмосфере являются: I вариант: SO2 + ОН ® НSO3; НSO3 + ОН ® H2SO4 (молекулы в атмосфере быстро конденсируются в капли); II вариант: SO2 + hv ® SO2* (SO2*— активированная молекула диоксида серы); SO2* + O2 ® SO4 ; SO4 + O2 ® SO3 + O3; SO3 + H2O ® H2SO4. Реакции обеих вариантов в атмосфере идут одновременно. Для сероводорода характерна реакция H2S + O2 ® SO2 + H2O и далее I или II вариант реакции.
Источниками поступления соединений серы в атмосферу являются: естественные (вулканическая деятельность, действия микроорганизмов и др.) 31...41 %, антропогенные (ТЭС, промышленность и др.) 59...69 %; всего поступает 91...112 млн. т в год.
Концентрации соединений азота (мкг/м3) составляют: в городе 10...100, на территории около города в радиусе 50 км 0,25...2,5, над океаном 0,25.
Из соединений азота основную долю кислотных дождей дают NO и NO2. В атмосфере возникают реакции: 2NO + O2 ® 2 NO2, NO2 + ОН ® HNO3. Источниками соединений азота являются: естественные (почвенная эмиссия, грозовые разряды, горение биомассы и др.) 63 %, антропогенные (ТЭС, автотранспорт, промышленность) 37 %; всего поступает 51...61 млн. т в год.
Серная и азотная кислоты поступают в атмосферу также в виде тумана и паров от промышленных предприятий и автотранспорта. В городах их концентрация достигает 2 мкг/м3.
Соединения серы и азота, попавшие в атмосферу, вступают в химическую реакцию не сразу, сохраняя свои свойства соответственно, в течение 2 и 8...10 суток. За это время они могут вместе с атмосферным воздухом пройти расстояния 1000...2000 км и лишь после этого выла' дают с осадками на земную поверхность.
Различают два вида седиментации: влажная и сухая. Влажная — это выпадение кислот, растворенных в капельной влаге, она возникает при влажности воздуха 100,5 %; сухая —реализуется в тех случаях, когда кислоты присутствуют в атмосфере в виде капель диаметром около 0,1 мкм. Скорость седиментации в этом случае весьма мала и могут проходить большие расстояния (следы серной кислоты обнаружены даже на Северном полюсе).
Различают прямое и косвенное воздействие кислотных осадков на человека. Прямое воздействие обычно не представляет опасности, так концентрация кислот в атмосферном воздухе не превышает 0,1 мг/м3, т. е. находится на уровне ПДК (ПДКос = 0,1 и ПДКмр = 0,3 мг/м3 для H2SO4). Такие концентрации нежелательны для детей и астматиков.
Прямое воздействие опасно для металлоконструкции (коррозия со скоростью до 10 мкм/год), зданий, памятников и т. д. особенно из песчаника и известняка в связи с разрушением карбоната кальция.
Наибольшую опасность кислотные осадки представляют при попадании в водоемы и почву, что приводит к уменьшению рН воды (РН = 7 —нейтральная среда). От значения рН воды зависит растворимость алюминия и тяжелых металлов в ней и, следовательно, их накопление в корнеплодах, а затем и в организме человека. При изменении рН воды меняется структура почвы и снижается ее плодородие. Снижение рН питьевой воды способствует поступлению в организм человека указанных выше металлов и их соединений.
В нашей стране повышенная кислотность осадков (рН = 4...5,5) отмечается в отдельных промышленных регионах. Наиболее неблагополучны города Тюмень, Тамбов, Архангельск, Северодвинск, Вологда, Петрозаводск, Омск и др. Плотность выпадения осадков серы, превышающая 4 т/(км·год), зарегистрирована в 22 городах страны, а более 8...12 т/(км·год) в городах: Алексин, Новомосковск, Норильск, Магнитогорск.
Состояние и состав атмосферы определяют во многом величину солнечной радиации в тепловом балансе Земли. На ее долю приходится основная часть поступающей в биосферу теплоты:



Теплота от солнечной радиации
Теплота от естественных источников (из недр Земли, от животных и др.)
Теплота от антропогенных источников (энергоустановок, пожаров и др.)
Дж/год

25-1023
37,46-1020

4,2-1020
%

99,8
0,18

0,02

Экранирующая роль атмосферы в процессах передачи теплоты от Солнца к Земле и от Земли в космос влияет на среднюю температуру оиосферы, которая длительное время находилась на уровне около + 15 ° С. расчеты показывают, что при отсутствии атмосферы средняя температура оиосферы составляла бы приблизительно —15° С.
Основная доля солнечной радиации передается к поверхности мли в оптическом диапазоне излучений, а отраженная от земной верхности — инфракрасном (ИК). Поэтому доля отраженной лучистой энергии, поглощаемой атмосферой, зависит от количества многоатомных минигазов (СO2, H2O, СН4, O3 и др.) и пыли в ее составе. Чем выше концентрация минигазов и пыли в атмосфере, тем меньше доля отраженной солнечной радиации уходит в космическое пространство, тем больше теплоты задерживается в биосфере за счет парникового эффекта. ИК-излучение поглощается метаном, фреонами, озоном, оксидом диазота и т. п. в диапазоне длины волн 1...9 мкм, а парами воды и углекислым газом при длине волн 12 мкм и более. В последние годы наметилась тенденция к значительному росту концентраций СО2, СН4, N2O и других газов в атмосфере:

Год .....



1850
1900
1970
1979
1990
2000
2030
2050
Концентрация СО2, млн-1
260
290
321
335
360
380
450...600
700...750

Аналогично изменяются концентрации метана, оксида азота, озона и других газов. Рост концентраций СО3 в атмосфере происходит вследствие уменьшения биомассы Земли и увеличения техногенных поступлений.
Источниками техногенных парниковых газов являются: теплоэнергетика, промышленность и автотранспорт, они выделяют СО2; химические производства, утечки из трубопроводов, гниение мусора и отходов животноводства определяют поступления СН4; холодильное оборудование, бытовая химия —фреонов; автотранспорт, ТЭС, промышленность —оксидов азота и т. п.
В результате в биосферу дополнительно поступает теплота порядка 70-Ю2 Дж/год, при этом на долю отдельных газов приходится: СО2 — 50%, фреонов—15, O3 —5, СН4 —20, N2O (оксид азота) — 10 %. Доля парникового эффекта в нагреве биосферы в 16,6 раза больше доли других источников антропогенного поступления теплоты.
Рост концентраций минигазов в атмосфере и как следствие повышение доли теплоты ИК-излучения, задерживаемой атмосферой, неизбежно сопровождается ростом температуры поверхности Земли. В период с 1880 по 1940 г. средняя температура в северном полушарии возросла на 0,4 °С, а в период до 2030 г. она может повыситься еще на 1,5—4,5 °С. Это весьма опасно для островных стран и территории, расположенных ниже уровня моря. Есть прогнозы, что к 2050 г. уровень моря может повыситься на 25—40 см, а к 2100 —на 2 м, что приведет к затоплению 5 млн. км2 суши, т. е. 3 % суши и 30 % всех урожайных земель планеты.
Парниковый эффект в атмосфере — довольно распространенное явление и на региональном уровне. Антропогенные источники теплоты (ТЭС, транспорт, промышленность), сконцентрированные в крупных городах и промышленных центрах, интенсивное поступление парниковых газов и пыли, устойчивое состояние атмосферы создают окол° городов пространства радиусом 50 км и более с повышенными на 1-5 іС температурами и высокими концентрациями загрязнений. Эти зоны тепла над городами хорошо просматриваются из космического пространства. Они разрушаются лишь при интенсивных движениях больших масс атмосферного воздуха.
Техногенные загрязнения атмосферы не ограничиваются приземной зоной. Определенная часть примесей поступает в озоновый слой и рарушает его. Разрушение озонового слоя опасно для биосферы, так как оно сопровождается значительным повышением доли ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 290 нм, достигающего земной поверхности. Эти излучения губительны для растительности, особенно для зерновых культур, представляют собой источник канцерогенной опасности для человека, стимулируют рост глазных заболеваний.
Основными веществами, разрушающими озоновый слой, являются соединения хлора, азота. По оценочным данным, одна молекула хлора может разрушить до 105 молекул озона, одна молекула оксидов азота —до 10 молекул.

<< Предыдущая

стр. 7
(из 44 стр.)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Следующая >>