Источники материального загрязнения атмосферного воздуха
Лекция № 7
Виды и характер загрязнения окружающей среды.
Антропогенное воздействие на атмосферу
1. Виды и характер загрязнения окружающей среды:
1.1. Определение загрязнения окружающей среды.
1.2. Классификация загрязнений.
2. Антропогенное воздействие на атмосферу
2.1. Источники загрязнения
2.2. Экологические последствия загрязнения атмосферы
2.3. Защита атмосферы от загрязнения
Загрязнение окружающей среды - это поступление в среду любых веществ (твердых, жидких, газообразных) или видов энергии (тепла, шума, радиоактивного или электромагнитного излучения) в количествах, оказывающих вредное влияние на человека, животных и растения как непосредственно, так и косвенно.
В большинстве случаев загрязнения представляют собой отходы различных производств, образующихся наряду с готовой продукцией в результате переработки разнообразных природных ресурсов - топливных, сырьевых, кислорода воздуха, воды и т.д.
Загрязнения подразделяются на две основные группы: материальные (вещества), включающие в себя механические, химические и биологические загрязнения, и энергетические.
Материальные загрязнения
К механическим загрязнениям относятся:
- запыление атмосферы,
- твердые частицы,
- разнообразные предметы в воде и почве.
Химическими загрязнениями являются всевозможные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу и гидросферу и вступающие во взаимодействие с окружающей средой.
Биологические загрязнения вызваны видами организмов, появившихся при участии человека и наносящих вред ему самому или живой природе.
Объединение механических, химических и биологических загрязнений в одну группу обусловлено тем, что большая часть веществ оказывает на окружающую среду оба рода воздействий. Более того, некоторые виды загрязнений, например, радиоактивные отходы, могут быть отнесены как к материальным, так и к энергетическим загрязнениям.
В основу классификации материальных загрязнений положена среда распространения загрязнений (атмосфера, гидросфера, литосфера), их агрегатное состояние (газообразные, жидкие, твердые), применяемые методы обезвреживания, а также степень токсичности загрязнений.
В соответствие с классификацией материальные промышленные загрязнения окружающей среды можно разбить на выбросы в атмосферу, сточные воды и твердые отходы.
Энергетические загрязнения (физические)
К энергетическим загрязнениям относят:
- тепловые выбросы;
- механическую энергию, включая вибрацию, шум, ультразвук;
- все виды излучений и полей.
Загрязнения, отрицательно влияя на окружающую среду, в свою очередь, могут подвергаться определенному воздействию с ее стороны. По этому весьма, важному с экологической точки зрения признаку, загрязнения разделяют на две группы: стойкие (неразрушимые) и разрушаемые под действием природных химико- биологических процессов.
По масштабам воздействия и распространению загрязнение может быть локальным (местным) и региональным.
Под видами загрязнений понимают также любые нежелательные для экосистем антропогенные изменения (рис. 1; по Г. В. Стадницкому и А. И. Родионову, 1988):
ингредиентное (минеральное и органическое) загрязнение как совокупность веществ, чуждых естественным биогеоценозам (например, бытовые стоки, ядохимикаты, продукты сгорания и т. д);
параметрическое загрязнение, связанное с изменениями качественных параметров окружающей среды (тепловое, шумовое, радиационное, электромагнитное);
биоценотическое загрязнение, вызывающее нарушение в составе и структуре популяций живых организмов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и т. д.);
стациалъно-деструкционное загрязнение (стация — место обитания популяции, деструкция — разрушение), связанное с нарушением и преобразованием ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (зарегулирование водотоков, урбанизация, вырубка лесных насаждений и пр.).
Рис.1. Классификация загрязнения экологических систем
Антропогенное воздействие на атмосферу
Источники материального загрязнения атмосферного воздуха
Существуют два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и искусственный (антропогенный). Они представлены на схеме 1.
Космическая пыль образуется из остатков сгоревших метеоритов при их прохождении в атмосфере. Ежегодно ее выпадает на Землю 2-5 млн. т.
Природная пыль является постоянной составной частью земной атмосферы. Частицы природной пыли имеют органическое и неорганическое происхождение и образуются в результате разрушения и выветривания горных пород и почвы, вулканических извержений, лесных, степных и торфяных пожаров, испарения с поверхности морей. Одним из источников пыли в нижних слоях атмосферы являются безводные пустыни и степи. Кроме того, она образуется аэропланктоном - бактериями, спорами растений, плесневыми и другими грибами, продуктами гниения, брожения и разложения растений и животных.
Атмосферный воздух над океаном включает мельчайшие кристаллы солей магния, натрия, калия, кальция, образующиеся в результате высыхания в воздухе брызг воды. Как правило, естественное загрязнение не угрожает отрицательными последствиями для биогеоценозов и обитающих в них живых организмов, хотя кратковременные последствия возможны.
Атмосферная пыль имеет большое значение для процессов, происходящих на Земле. Она способствует конденсации водяных паров, а следовательно, и образованию осадков. Кроме того, поглощает прямую солнечную радиацию и защищает организмы от солнечного излучения. Акад. В. И. Вернадский отмечал, что атмосферная пыль играет огромную роль в химии планеты.
Биологическое разложение веществ на Земле, в том числе жизнедеятельность почвенных бактерий, ведет к образованию больших количеств сероводорода, аммиака, углеводородов, оксидов азота (N2О, NO, NO2), оксида и диоксида углерода. Все они попадают в атмосферу.
Источниками антропогенного загрязнения атмосферы примесями служат теплоэнергетика, промышленность, нефте- и газопереработка, транспорт, испытания термоядерного оружия. Каждый из этих источников (и каждая отрасль производства) связаны с выделением специфических примесей, состав которых насчитывает десятки тысяч веществ, иногда сразу не поддающихся идентификации. Однако наиболее обычные загрязняющие вещества, поступающие в атмосферу в массе и называемые поэтому многотоннажными, сравнительно немногочисленны.
Наиболее распространенные выбросы промышленности (из Г. В. Новикова и А. Я. Дударева, 1978) - следующие: зола, пыль, окись цинка, силикаты, хлорид свинца; сернистый ангидрид, серный ангидрид, сероводород, меркаптан; альдегиды, углеводороды, смолы; оксид и диоксид азота, аммиак; озон, оксид и диоксид углерода; фтористый водород, хлористый водород, кремнефтористый натрий; радиоактивные газы, аэрозоли.
Классификация выбросов вредных веществ в атмосферу установлена ГОСТ 17.2.1.01 -76. Согласно этому стандарту выбросы в воздушный бассейн в зависимости от состава вредных веществ классифицируются по агрегатному состоянию этих веществ (газо- и парообразные, жидкие, твердые и смешанные выбросы) и по массовому выбросу, т.е. массе веществ, выбрасываемых в единицу времени (тонн в сутки). По химическому составу выбросы делятся на группы, а в зависимости от размера частиц - на подгруппы.
Главнейшие источники загрязнения атмосферы
В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.), автотранспорт, предприятия черной и цветной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, машиностроение, производство стройматериалов и т. д.
Объем энергетических выбросов очень велик. Так, современная теплоэлектростанция мощностью 2,4 млн кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу в сутки 680 т SO2 и SO3; 120—140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа); 200 т оксидов азота.
Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает выбросы золы, но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее экологично газовое топливо, которое в S раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в 5 раз меньше, чем уголь. Еще более экологична в период безаварийной работы АЭС, но тем не менее она загрязняет воздух такими токсичными веществами, как радиоактивный йод, радиоактивные инертные газы и аэрозоли. Огромную потенциальную опасность представляют отходы ядерного топлива и аварии атомного реактора.
Черная и цветная металлургия. При выплавке только одной тонны стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксида серы и до 0,05 т оксида углерода, а также в небольших количествах такие опасные загрязнители, как свинец, фосфор, марганец, мышьяк, пары ртути и др. В процессе сталеплавильного производства улетучиваются парагазовые смеси из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ.
Значительные выбросы отходящих газов и пыли, содержащих вредные вещества, отмечаются на заводах цветной металлургии при переработке свинцово-цинковых, медных, сульфидных руд, при производстве алюминия и др.
Химическое производство. Выбросы этой отрасли ввиду своей весьма высокой токсичности, значительного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека и всей биоты: оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные газы (смесь оксидов азота), хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль и т.п. На предприятиях химической и нефтехимической промышленности накопилось 12 млн т отходов, значительная часть из которых относится к категории опасных.
Выбросы автотранспорта. В мире — несколько сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, особенно в крупных городах. В России суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта составил более 35% от общей суммы выбросов. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат огромное количество токсичных соединений: бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (из этилированного бензина). Ежегодно мировой парк автотранспорта выбрасывает в атмосферу свыше 0,4 млн т свинца.
Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха отмечается также при добыче и переработке минерального сырья, на нефте- к газоперерабатывающих заводах, при выбросе пыли и газов из подземных горных выработок, при сжигании мусора и горении пород в отвалах и т.д. В сельских районах очагами загрязнения воздуха являются животноводческие фермы, промышленные комплексы по производству мяса, распыление пестицидов и т.д.
Передвижение загрязнителей в атмосфере «не соблюдает госграниц», т. е. трансгранично. Под трансграничными загрязнениями понимают загрязнения, перенесенные с территории одной страны на площадь другой. Только в 1994 г. на европейскую часть России из-за невыгодного ее географического положения выпало 1204 тыс. т соединений серы от Украины, Германии, Польши и других стран. В то же время в других странах от российских источников загрязнения выпало только 190 тыс. т серы, т.е. в 6,3 раза меньше.