Источники загрязнения атмосферы и их классификация

Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании осадками аэрозолей, турбулентном перемещении приземного слоя воздуха, оседании загрязненных веществ. Но на сегодняшний момент атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие функции из-за различных видов загрязнений.

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся: вулканическая деятельность, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др.

Антропогенное загрязнение связано с выбросом загрязняющих веществ в результате деятельности человека. По масштабам антропогенное загрязнение значительно превосходит природное.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются как:

- газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и т.д.;

- жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.);

- твердые (канцерогенные вещества, свинец, его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и др.)

Помимо указанных полютантов в атмосфере городов наблюдается загрязнение еще 70 видами вредных веществ.

Наиболее опасное загрязнение атмосферы – радиоактивное, обусловленное в основном долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытаний ядерного оружия и действующих АЭС, аварийных выбросов (суммарный выброс радиоактивных веществ во время Чернобыльской катастрофы составил 77 кг, при атомном взрыве в Хиросиме их образовалось лишь 740 г).

Кроме указанных видов загрязнений атмосферы, наблюдается еще тепловое загрязнение («острова теплоты» над большими городами).

Основные источники загрязнений и вредных воздействий на атмосферу – энергетические устройства, сжигающие твердое, жидкое и газообразное топливо, транспорт, предприятия черной и цветной металлургии, химическая, горнодобывающая и перерабатывающая промышленность, целлюлозно-бумажная и нефтеперерабатывающая промышленность.

Состав промышленных выбросов в атмосферу чрезвычайно разнообразен: в них содержатся сотни химических соединений в виде газов, аэрозолей или паров. Сжигание топлива и многие промышленные процессы поглощают из атмосферы содержащийся в ней кислород. Выбросы в атмосферу и извлечение из нее кислорода приводят к глобальным и локальным изменениям воздушной среды.

Выделение аэрозолей от предприятий и транспорта создает над современными промышленными городами и районами шапки мглы, препятствующие проникновению солнечных лучей. Высокая концентрация загрязнителей в воздухе над многими крупными городами опасна для здоровья людей, зеленых насаждений, а также служит причиной разрушения зданий.

Газопылевые промышленные выбросы часто мигрируют, распространяясь на большие расстояния; общеизвестен факт выпадения кислотных дождей от выброса SO₂ и тумана H₂SO₄ предприятиями одной страны на территории другой.

Все промышленные выбросы в атмосферу классифицируют по агрегатному состоянию (газообразные, жидкие, твердые и смешанные), по характеру организации отвода и контроля (организованные и неорганизованные), по режиму отвода (непрерывные и периодические), по температурному потенциалу (нагретые и холодные). Загрязнение атмосферного воздуха непосредственно влияет на здоровье человека, а загрязнение атмосферы (на глобальном уровне) – лишь косвенно через климатические изменения, разрушение озонового экрана биосферы, кислотные дожди и др. Наиболее распространенные группы загрязнителей воздуха: атмосферные газы (окислы азота, серы, углерода, например, углекислый газ), углеводороды, фенолы, аэрозоли тяжелых металлов и другие органические и минеральные соединения. Аэрозоли – взвешенные в газообразной среде частички твердых или жидких веществ как органического, так и неорганического происхождения. Аэрозоли могут содержать сложные комплексы химических веществ, в том числе обладающих высокой степенью токсичности и представляющих опасность для здоровья человека и жизнестойкости растений. Очень большую группу загрязнителей образуют углеводороды, в составе которых наиболее опасны для человека и животных хлор-, фтор-, азот-, фосфорсодержащие соединения, большинство из которых являются ядовитыми веществами и обладают канцерогенным действием, т.е. могут вызывать онкологические заболевания. В эту группу входят и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), среди которых наиболее опасны бензапирен и фенантрен, также вызывающие онкологические заболевания.

Источники загрязнения воздуха. Наиболее значительный источник загрязнения воздуха – автотранспорт, поставляющий в атмосферу свинец, окись углерода и упоминаемые выше ПАУ. Принято считать, что в большинстве стран мира более половины загрязнения воздуха связано с работой автотранспорта. В среднем по территории России выхлопные газы автотранспортных средств определяют 40–45% загрязнения воздуха, но в городах они дают больше 50% загрязнения воздуха, причем в крупных городах(от 0,5 млн. до 1–1,5 млн. жителей) на их долю приходится 55–70%, а в очень крупных (несколько млн. жителей) городах – более 85% от общего объема загрязнения атмосферного воздуха. В России по транспортным выбросам лидируют Москва и Петербург, объемы которых в атмосферу соответственно достигают 800 и 250 тыс. т. в год. Значительную долю загрязнения воздуха составляют также выбросы тепловых электростанций, содержащие окислы серы и азота, золу, тяжелые металлы, ПАУ, связанные со сжиганием топлива. Причем первенство здесь принадлежит электростанциям, работающим на угле, меньше всего выбросов дают станции, использующие природный газ.

Предприятия химической промышленности выбрасывают в атмосферу углеводороды, фенолы, органические фториды и хлориды, карбоновые кислоты, альдегиды, органические соединения серы, хлора, фтора, азота, двуокись серы, сероводород, окислы азота, соляную кислоту, другие кислоты, тяжелые металлы, карбиды и др. Металлургические предприятия выбрасывают в воздух пыль в больших объемах, окислы серы, углерода и азота, фтористые газы и металлы. О составе этой пыли можно судить по тому факту, что из тонны пыли, выделяемой при плавке меди, можно извлечь около 100 кг меди и немного меньше цинка и свинца, известных своей токсичностью. Выбросы нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий содержат углеводороды, сероводород, дурнопахнущие газы (стирол, ацетон, толуол и др.), а при сжигании попутных газов в факельных установках – в больших объемах сажу, окись углерода, диоксид азота, углеводороды.

Воздействие загрязнений воздуха на природную среду. Перечисленные выше химические вещества, присутствующие в атмосферном воздухе, оказывают воздействие не только на здоровье людей, но и на состояние природной среды. Это воздействие в природных экосистемах многообразно и еще недостаточно изучено. Некоторые из атмосферных газов (например, окислы углерода) в небольших концентрациях могут оказывать благотворное действие на рост и развитие растений. Но большинство из загрязнителей, особенно в значительных концентрациях, могут угнетать деятельность биоты. Вредное действие на растения оказывает диоксид серы. Поступая внутрь листа при дыхании он угнетает жизнедеятельность клеток, листья сначала покрываются бурыми пятнами, а потом высыхают. Аналогичное воздействие на лиственные породы деревьев оказывает и диоксид азота. Сажа, считающаяся не очень вредным для здоровья человека загрязнителем воздуха, забивая дыхательные устьица хвоинок, приводит к гибели хвойные деревья. С выбросами сажи при сжигании газа в факелах, разбросанных на бескрайних просторах Сибири, экологи связывают усыхание лесов на некоторых территориях нефтедобычи.

Загрязнения в атмосферу могут поступать из источников непрерывно или периодически, залпами или мгновенно. В случае залповых выбросов за короткий промежуток времени в воздух выделяется большое количество вредных веществ. Залповые выбросы возможны при авариях, при сжигании быстрогорящих отходов производства на специальных площадках уничтожения. При мгновенных выбросах загрязнения выбрасываются в доли секунды иногда на значительную высоту. С отходящими газами в атмосферу поступают твердые, жидкие, паро- и газообразные неорганические и органические вещества, поэтому по агрегатному состоянию загрязнения подразделяют на твердые, жидкие, газообразные и смешанные.

Для снижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов совершенствуют технологические процессы, осуществляют герметизацию технологического оборудования, применяют пневмотранспорт, строят различные очистные сооружения.

Для обезвреживания аэрозолей используют сухие, мокрые и электрические методы.

Выбор метода и аппарата для улавливания аэрозолей зависит от их дисперсного состава (таблица 2.1.).

Для обезвреживания отходящих газов от газообразных и парообразных токсичных веществ применяют методы абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции, каталитические, термические, конденсации и компримирования.

Таблица 2.1. Дисперсный состав аэрозолей

Раз размер частиц, мкм.	Аппараты
40-1000	Пылеосадительные камеры
20-1000	Циклоны диаметром 1 – 2 м.
5- 1000	Циклоны диаметром 1 м.
20-100	Скрубберы
0,9-100	Тканевые фильтры
0,05-100	Волокнистые фильтры
0,01-10	Электрофильтры

Для физической абсорбции применяют воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом, и водные растворы этих веществ. При хемосорбции в качестве абсорбента используют водные растворы солей и щелочей, органические вещества и водные суспензии различных веществ.

Адсорбционные методы очистки газов основаны на поглощении примесей пористыми телами – адсорбентами.

Каталитические методы очистки основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов.

Термические методы основаны на сжигании горючих примесей в топках печей или факельных горелках.

В основе метода конденсации лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры.

Метод компримирования базируется на том же явлении, что и метод конденсации, но применительно к парам растворителей, находящимся под избыточном давлении. ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ некоторых газообразных веществ в атмосферном воздухе и воздухе производственных помещений (таблица 2.2.).

Таблица 2.2. Предельно допустимые концентрации газообразных веществ

Вещество	ПДК в атмосферном воздухе, мг / м^3	ПДК в производствен- ном помещении, мг./м^3
Диоксид азота	максимально-разовая 0,085 среднесуточная 0,04	2,0
Диоксид серы	максимально-разовая 0,5 среднесуточная 0,05	10,0
Моноксид углерода	максимально-разовая 5,0 среднесуточная 3,0	в течении рабочего дня - 20,0 в течении 60 мин. - 50,0 в течении 30 мин. - 100,0 в течении 15 мин. - 200,0
Фтороводород	максимально-разовая 0,02 среднесуточная 0,005	0,05

Таблица 2.3. Предельно допустимые концентрации вредных веществ

вещество	HF	CL2	NH3	CS2	H2S	SO2	NOx
ПДКр.з.	0,5	1,0
ПДКм.р.	0,02	0,1	0,2	0,03	0,008	0,03	0,085
ПДКс.с.	0,005	0,03	0,2	0,005	0,008	0,005	0,085
вещество	CO	HC	Hg	SiF4	HCN	O3	C (сажа)
ПДКр.з.			0,01	-	0,3	0,1	3,5
ПДКм.р.		0,015	-	0,02	-	-	0,15
ПДКс.с.		0,015	0,0003	0,005	0,01	-	0,05

ПДК_с.с – среднесуточное

ПДК_м.р. – максимально-разовое

ПДК_р.з. – в рабочей зоне

На территории России действуют предельные нормы, превышение которых может принести вред здоровью человека ПДК (в мг/м³) (таблица 2.3.).

Дата добавления: 2015-08-13