Охрана атмосферы. Промышленные выбросы

Загрязнение атмосферы и в целом ОС промышленными предприятиями, вызывающее деградацию среды обитания и наносящие ущерб здоровью населения, остается наиболее острой проблемой. В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые электростанции, промышленные и городские котельные и др.), предприятия черной и цветной металлургии, нефтехимическая и химическая промышленность, машиностроение, производство стройматериалов, добыча и переработка минерального сырья и др.

3.1. Загрязнители атмосферы.

Рассмотрим кратко, чем же загрязняет промышленность атмосферу в первую очередь?

1. Тепловая энергетика.

В процессе сжигания твердого или жидкого топлива (в меньшей степени газа) в атмосферу выделяются газы, содержащие продукты полного и неполного сгорания (при полном сгорании – диоксид углерода и пары воды, при неполном – оксиды углерода, серы, азота, углеводороды и др.).

Объем энергетических выбросов очень велик. Так, современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн. кВт расходует 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу:

– 680 т оксидов серы (в первую очередь SO₂);

– 200 т оксидов азота и

– 140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа) в сутки.

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает выбросы золы, но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее хорошее топливо в плане охраны ОС – газ. Оно в 3 раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в 5 раз меньше, чем уголь. В России доля угольных тепловых станций составляет 18%, в ЕЭС – 35%. Наше правительство считает необходимым увеличить процент угольных тепловых станций до европейского уровня (газ нашим газовым магнатам выгоднее продавать заграницу, а уголь у нас не покупают). Решение по этому вопросу уже принято!!!???

2. Черная металлургия.

По суммарным выбросам загрязняющих веществ отрасль занимает четвертое место (14%). Лидеры в черной металлургии по загрязнению в России Новолипецкий металлургический комбинат (Липецкая область), “Северсталь” (г. Череповец, Вологодская область), Тулачермет(?), Оскольский металлургический комбинат (Белгородская область), Магнитогорский металлургический комбинат (Челябинская область). Кроме того, комбинаты в Кемерово, Новокузнецке. Все эти города имеют очень сильное загрязнение атмосферного воздуха.

При выплавке только 1 т чугуна в атмосферу выбрасываются 4,5 кг пыли, 2,7 кг сернистого газа, 0,6 кг марганца. Кроме того, в атмосферу поступают соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов и др.

Агломерационные фабрики, на которых происходит выжигание серы из пиритов, дают до 190 кг выбросов оксидов серы на 1 т руды (в сутки 1 ленточная машина фабрики дает 700 т газа).

При выплавке 1 т стали в атмосферу выбрасывается 40 кг пыли, 30 кг оксидов серы и 50 кг оксида углерода. Кроме того, колоссальное количество пыли попадает в атмосферу при коксовании угля, неотъемлемой части металлургии. При коксовании угля в атмосферу поступают полиароматические углеводороды, в частности бенз(а)пирен.

3. Цветная металлургия.

Цветная металлургия занимает в промышленности второе место после теплоэнергетики почти 21% общих выбросов.

Основные загрязняющие вещества:

– диоксид серы (79% выбросов);

– оксид серы (10%);

– твердые частицы – пыль (7%). Кроме того, оксиды азота, металлов.

Самый крупный загрязнитель атмосферы в этой отрасли – “Норильский никель” (г. Норильск) – крупнейшее в отрасли предприятие (Потанин, Прохоров). Оно дает 2 млн. т выбросов, 61,4% отраслевых и 12,8% – общепромышленных от стационарных источников.

4. Нефтехимическая и химическая промышленность.

Выбросы этой отрасли относительно невелики (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее, в виду своей весьма высокой токсичности, разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека и биоты.

Основные выбросы:

– оксид углерода (30%);

– летучие органические соединения (30%);

– диоксид серы (14%);

– оксиды азота (10%);

– пыль – твердые частицы (10%);

– углеводороды (9%). Кроме того: соединения фтора, аммиак, хлористые соединения, сероводород, полиароматические углеводороды (бенз(а)пирен).

5. Машиностроение.

Предприятий машиностроительной отрасли очень много, все они сосредоточены в городах. Поэтому, хотя в общих выбросах и доля не очень велика (5 место – 2-4%, в последние годы наблюдалось заметное снижение вследствие прекращения работы).

Основные выбросы:

– оксиды углерода (44%);

– твердые частицы (18%);

– диоксид серы (13%);

– оксид азота (12%).

6. Производство строительных материалов (цемента, стекла и пр.).

Что выбрасывается в атмосферу: пыль, оксиды углерода, диоксид серы, оксиды азота, сероводород, формальдегид, толуол, бензол и т.д. (особенно цементная и асбестовая пыль). Очень большое загрязнение дает нефтеперерабатывающая и газовая промышленность. Если проанализировать выбросы различных отраслей промышленности, то практически везде мы наблюдаем выбросы оксида углерода, оксидов азота и очень много диоксида серы, пыли различного происхождения, тяжелых металлов, полиароматических углеводородов (в частности, бенз(а)пирена).

3.2. Экологические последствия загрязнения атмосферы промышленными выбросами.

Экологические последствия выбросов в атмосферу оксидов углерода и оксидов азота мы уже рассматривали.

1. Очень большим загрязнителем атмосферы является диоксид серы – SO₂. Время пребывания SO₂ в атмосфере в среднем исчисляется двумя неделями. Этот промежуток времени относительно мал, чтобы этот газ накапливался в атмосфере и распространялся в глобальном масштабе. Проблемы с SO₂ возникают в первую очередь в высокоразвитых странах и у их ближайших соседей, т.к. радиус переноса SO₂ в атмосфере может достигать 1500 км. Этому способствует строительство высоких труб с целью уменьшения локального загрязнения SO₂ и других загрязнителей.

Многие страны Европы как бы “экспортирующие” и “импортирующие” серу можно разделить на государства с положительным и отрицательным балансом. Так, Норвегия, Швеция, Финляндия, Австрия и Швейцария больше получают серы от своих соседей, чем выпускают через собственные границы. Дания, Нидерланды, Бельгия, Великобритания, ФРГ и Франция больше выносят выбросы к соседям, чем получают от них. В атмосфере диоксид серы претерпевает ряд химических превращений. Под действием света образуются очень активные реакционноспособные радикалы ОН^•, которые, взаимодействуя с SO₂, дают серную кислоту:

SO₂ + ОН^• → H₂SO₄.

Тропосферные аэрозоли серной кислоты сохраняются в атмосфере несколько суток, а затем либо вымываются дождями, либо откладываются на почве в твердом виде. Серная кислота, попадая в легочную ткань человека и животных, разрушает ее. Если еще присутствует и азотная или азотистая кислота, то возникает эффект синергизма, т.е. усиление токсичности смеси. Непосредственно диоксид серы вызывает раздражение слизистых оболочек глаз, дыхательных путей. Продолжительное действие малых концентраций SO₂ ведет к возникновению хронических заболеваний – гастрита, бронхита, ларингита и пр. Есть сведения о связи содержания SO₂ в воздухе и уровнем смертности от рака легких.

Значительно сложнее обстоит дело с людьми, обладающими повышенной чувствительностью к SO₂. У них уже при концентрации 1,3 мг/м³ (при ПДК 13 мг/м³) могут быть спазмы дыхательных путей, и требуется немедленное медицинское вмешательство. Также на SO₂ реагируют астматики. Считают, что физиологическое воздействие SO₂ связано в этом случае с образованием H₂SO₃ на влажной слизистой оболочке бронхов. Аналогично действуют и вдыхаемые аэрозоли H₂SO₄. В тяжелых случаях может возникнуть отек легких.

Наблюдения за действием SO₂ на животных отсутствуют, но есть все основания считать, что действие SO₂ на животных такое же.

2. Экологические последствия загрязнения атмосферы пылью и аэрозолем.

Под атмосферной пылью понимают взвешенные в воздухе твердые частицы с диаметром более 1 мкм. Атмосферная пыль в основном имеет минеральное происхождение, но в каждом конкретном районе ее состав может меняться в зависимости от источников ее образования: могут преобладать соединения тяжелых металлов, соединения щелочных и щелочноземельных металлов, углеводородов и т.д.

Что такое аэрозоль? Это каллоидные системы(частицы) с диаметром 0,001…0,1 мкм. В отличие от атмосферной пыли, аэрозоли содержат не только твердые, но и жидкие частицы, образуемые в результате конденсации паров или взаимодействия газов. Обычно к аэрозолям относят и капельки диаметром 0,1…1,0 мкм. Частицы диаметром меньше 5 мкм ведут себя как газ. Поэтому они значительно дольше находятся в атмосфере и практически не вымываются дождями. Из общего объема пыли, поступающего в атмосферу ежегодно, больше половины приходится на долю природных процессов (это частички соли из морской воды, пыль сухой почвы, в том числе частички кварцевого песка, пыль и зола при вулканических извержениях, пыль от лесных пожаров, твердые продукты химических реакций в атмосфере – нитраты¸ сульфаты) и т.д.

Об антропогенной пыли мы говорили. Это, прежде всего, промышленные выбросы при сжигании топлива, а также попадание в атмосферу твердых частиц в строительной и добывающей промышленности.

Время пребывания частиц в атмосфере, а следовательно и их распространение, зависит от их величины, плотности, скорости ветров и высоты, на которую они были подняты. Крупные частицы оседают в течение часов или суток, тем не менее, они могут переноситься на сотни километров в зависимости от высоты, на которую были подняты (частицы пыли из пустыни Сахара легко достигают южных районов США, Центральной и Латинской Америки при поперечнике – 12 мкм и плотности – 2,5 г/см³). Время пребывания в атмосфере пыли с диаметром 1 мкм и меньше, слабо подверженной действию атмосферных осадков, может варьировать в пределах 10…20 суток, а за это время такие частицы могут распространяться по всему полушарию.

Если пыль и аэрозоли достигают верхних слоев тропосферы, то они могут проникнуть и в стратосферу. Продолжительность существования такой пыли в атмосфере может достигать 1…3 лет. Атмосферная пыль и аэрозоли, накапливающиеся над городами и промышленными зонами, имеют в основном локальное или региональное значение и относятся ветрами в подветренную сторону.

Каковы экологические последствия загрязнения атмосферы пылью?

Во-первых, атмосферная пыль и аэрозоли ослабляют солнечное излучение в результате рассеяния, отражения и поглощения лучей. У частиц с диаметров более 1 мкм поглощение инфракрасных лучей значительно возрастает, в результате чего воздушные слои, содержащие подобные частицы, нагреваются, а нижние слои остаются более холодными.

Основная часть тропосферных и стратосферных аэрозолей состоит из частиц диаметром порядка 1 мкм и меньше. Эти частицы, в первую очередь, приводят к рассеянию радиации видимой области спектра, инфракрасное излучение они поглощают незначительно. В настоящее время плотность аэрозолей в тропосфере такова, что она ведет к понижению температуры земной поверхности примерно на 1,5°С. Однако облака и водяные пары в атмосфере понижают температуру ~ на 15°С. Если содержание аэрозолей в тропосфере увеличится в 2 раза, то это вызовет охлаждение земной поверхности на 1,5°С. Однако любые прогностические предложения некорректны, поскольку влияние загрязнений атмосферы аэрозолями следует рассматривать в совокупности с другими факторами: изменением отражательной способности земной поверхности, содержанием в тропосфере различных газов, поглощающих тепло, с наличием в стратосфере газов, разрушающих озон, и пр.

Проведенные в США исследования показали, что за последние 20 лет содержание сернокислотных аэрозолей в стратосфере увеличивается на 9%, растет их плотность. Но не следует забывать, что на изменения климата больше влияния оказывают аэрозоли в тропосфере.

Загрязнение пылью и аэрозолями тропосферы снижает долю ультрафиолетового излучения (благодаря отражению и рассеянию) приходящего к поверхности Земли. Уменьшение ультрафиолетового излучения приводит к уменьшению образования в коже человека витамина D₃. Недостаток этого витамина сказывается на формировании костей. Связанное с недостатком витамина D₃ заболевание носит название рахита. В Германии были проведены специальные исследования, на основании которых было установлено, что рахит у детей, проживающих в городах с сильно запыленной атмосферой, наблюдается в 2 раза чаще, чем в областях, где воздух значительно чище. Кроме того, ультрафиолетовое излучение уничтожает микроорганизмы и оказывает стерилизующее действие в атмосфере городов, где грязи хватает. При наличии пыли стерилизующее действие ультрафиолетового излучения ослабляется и повышается возможность возникновения инфекционных бактериальных заболеваний. Непосредственное воздействие пыли и аэрозолей на здоровье человека проявляется также заметно и в разнообразных формах. Возникает ряд специфических заболеваний, например, силикоз и асбестоз. Силикоз вызывается кварцевой пылью с диаметром частиц около 3 мкм, асбестоз – иглами асбеста длиной более 5 мкм и толщиной 3 мкм. Эти частицы проникают в легкие, остаются в альвеолах, обрастая дендритами. В прогрессирующей стадии болезни большие скопления узелков в тканях препятствуют газообмену в легких. Асбестовые иглы к тому же приводят к микроповреждениям тканей легкого, облегчая доступ канцерогенных веществ в поврежденные легкие. Внедрение асбестовой пыли, наряду с одновременным курением, особенно часто служит причиной рака легких. Поэтому требования к рабочим местам, где возможна асбестовая пыль, очень высоки. ПДК для нее нет. Есть ТДК (технически допустимая концентрация). Под ТДК подразумевают такую концентрацию вредного вещества, которая возникает на рабочем месте после применения всех допустимых технических средств для его устранения и которая может быть зарегистрирована с помощью измерительных приборов. ТДК для асбестовой пыли равна 0,05 мг или 10⁶ волокон на 1 м³ воздуха. Страдают этими болезнями горняки, каменотесы, пескоструйщики, работники стекольной, керамической и асбестовой промышленности.

В отличие от химически инертных кварца и асбеста мельчайшие частицы металлов или их ионы, попадая в кровь, вызывают образование токсичных продуктов биохимических реакций в клетках. Один из наиболее опасных и ядовитых металлов – свинец.

Как добавка к моторному топливу свинец сейчас уходит на задний план. Но при металлургических процессах, при переработке руды, содержащей сульфиды, при работе с антикоррозийными красками-покрытиями свинец попадает в организм человека, а также со всеми изделиями, содержащими в том или ином количестве его соединения (оцинкованная посуда, свинцовое стекло, аккумуляторы и пр.).

Где освобождается свинец, действует норматив ПДК на уровне 0,1 мкг свинца на 1 л воздуха. При такой концентрации содержание свинца в крови не превышает 0,6 мкг/мл. Признаки заболевания появляются при содержании свинца в крови 1 мкг/мл. Нарушается гемосинтез в костях, моторная нервная система нарушается (она отвечает за управление двигательной системой), у детей замедляется умственное развитие.

Опасен аэрозоль кадмия. Хотя кадмия попадает в атмосферу мало, но он способен накапливаться в организме и через несколько лет его будет в организме уже достаточно, чтобы негативно повлиять на человека. Это канцероген, приводящий к раку легких. При его отложении в костях из них вымываются ионы Сa²⁺, что сопровождается болезненным усыханием скелета. Открыто это заболевание в Японии. ПДК для кадмия = 0,05 мг/м³. При поглощении с пищей – не более 0,5 мг в неделю.

Алюминий и бериллий непосредственно поражают организм, особенно органы дыхания. Мельчайшая алюминиевая пыль вызывает воспаление легких и бронхов. При длительном воздействии вызывает фиброз легких (изменение соединительных тканей). Бериллиевая пыль вызывает фиброгранумолиз (зарубцовывание соединительной ткани) в легких. Бериллий очень плохо выводится из организма.

Металлическая пыль вольфрама, молибдена, титана еще невыясненным путем снижают устойчивость легких к инфекциям.

Пыль вызывает также аллергию у людей и оказывает негативное воздействие на фотосинтез растений. Осаждаясь на растениях, она приводит к их усыханию (за счет снижения гидратации цитоплазмы растительных клеток), образует в ряде случаев корки на листьях, в результате чего прекращается фотосинтез. Отложения пыли отражают солнечный свет в области ультрафиолета, что препятствует нормальному фотосинтезу, и увеличивают поглощение в инфракрасной области, что приводит к перегреву листьев. Освобождают листья от пыли – дожди.

Дата добавления: 2015-08-13