Тема 2. Оценка экологического состояния атмосферы в промышленной зоне

Введение

1. Литературный обзор 4с.

1.1 Значение и функции атмосферы 4с.

1.2 Характеристика основных техногенных примесей атмосферы 7с.

1.2.1 Газы 10с.

1.2.2 Жидкие примеси 13с.

1.2.3 Твёрдые примеси 14с.

1.3 Глобальные проблемы загрязнения атмосферы 18с.

1.4 Состояние атмосферы в Белоруссии 29с

2. Основная часть

2.1 Анализ объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по источникам и видам.

2.2 Определение зоны загрязнения промышленных предприятий

2.3 Составления перечня веществ подлежащих контролю в промышленной зоне

2.4 Оценка экологического состояния атмосферы промышленной зоны

2.5 Прогноз изменений на ближайшие 5 лет

Выводы и предложения

Список использованной литературы

Введение:

Безопасность жизнедеятельности человека во многом определяется состоянием окружающей среды. Одним из наиболее важных факторов, определяющих воздействие внешнего мира на живые объекты, является качество приземной воздуха.

Научно-технический прогресс, развитие промышленности и транспорта вызывают всё большее загрязнение атмосферы. Аэрозоли, газы и пары химических веществ, поступая и трансформируясь в воздухе, оказывают токсическое действие на состояние здоровья людей, растительный и животный мир. Таким образом, изучение нагрузки предприятий промышленной зоны на атмосферный воздух является актуальным.

Цель курсовой работы: определить экологическое состояние атмосферного воздуха в промышленной зоне.

Задачи:

1. Определить общую нагрузку на атмосферу промышленной зоны стационарных источников и выявить динамику её изменений по годам.

2. Выявить основные техногенные примеси и источники их выброса в атмосферу.

3. Определить категории опасности веществ и предприятий.

4. Рассчитать размеры зоны загрязнения вокруг источников и дать анализ местоположению объекта.

5. Составить список веществ подлежащих контроля в промышленной зоне по годам исследований.

6. Дать оценку экологическому состоянию атмосферы.

7. Составить прогнозы

8. Сделать соответствующие выводы.

Литературный обзор

Газы

Основными первичными загрязнителями атмосферного воздуха сегодня являются:

Оксиды углерода: окись углерода (СО) или монооксид углерода и двуокись углерода (СО₂) или углекислый газ.

Окись углерода, называемая также из-за своих особенностей угарным газом образуется при неполном сжигании топлива: угля, природного газа, нефти или дров, чаще всего при недостатке кислорода и при низких температурах. Источниками загрязнения земной атмосферы окисью углерода являются: автомобильный транспорт, частные дома, промышленные объекты. Ежегодно в атмосферу от антропогенных источников поступает до 1250 млн. тонн этого вещества. [4].

Угарный газ чрезвычайно опасен: при растворении в крови человека он образует прочные комплексные соединения с гемоглобином блокируя поступление кислорода в кровь.

Углекислый газ поступает в атмосферу при вулканических извержениях, разложении органического вещества и хозяйственной деятельности человека, например, при производстве цемента или сжигании ископаемого топлива. При этом сегодня антропогенные источники вносят больший вклад в поступление углекислого газа в атмосферу чем все природные вместе взятые.

Стремительное увеличение содержания углекислого газа приводит к нарастающему и неконтролируемому парниковому эффекту, могущему

привести к непредсказуемым последствиям. Климатические данные по Шпицбергену и станции Литтл-Америка на шельфовом леднике Росса в Антарктиде свидетельствуют о повышении средних годовых температур примерно за 50-летний период соответственно на 5° и 2,5° С, что может быть связано с увеличением содержания углекислого газа на 10%. А ведь в ближайшие 100 лет при сохранении нынешних темпов поступления углекислого газа его содержание в земной атмосфере увеличится вдвое, что вполне может повысить общую глобальную температуру приземного воздуха на 1,5-4° С.

Кроме нарастающего парникового эффекта рост доли углекислого газа приводит к изменению хода выпадения осадков в разных климатических областях, повышению температуры верхнего слоя воды таянию морских и материковых льдов, сокращению площади пахотных земель, вымиранию отдельных видов растений и животных.

Вторыми по распространенности загрязняющими атмосферу веществами являются углеводороды. Углеводороды объединяют чрезвычайно разнообразные вещества включающие от 11 до 13 атомов углерода и содержащиеся в несгоревшем бензине, чистящих жидкостях, растворителях и т.д. Под воздействием солнечной радиации углеводороды взаимодействуют с прочими загрязняющими веществами, подвергаясь окислению, полимеризации, с образованием новых химических соединений: перекисных соединений, свободных радикалов. При соединении углеводородов с оксидами серы и азота образуются аэрозольные частицы, могущие при определенных условиях создавать фотохимические туманы с высокой долей загрязняющих веществ.

Наиболее опасным среди углеводородов является бензопирен, являющийся сильным канцерогеном. Бензопирен накапливается в организме, вызывая лейкемию и повышая риск врожденных уродств.

В развитых странах и крупных урбанизированных центрах развивающихся стран среди загрязнителей атмосферы Земли велика доля оксидов или окислов

азота: монооксида азота NO и диоксида азота NO₂. Образуются они при всех процессах горения и при производстве азотных удобрений, азотной кислоты и нитратов, анилиновых красителей, нитросоединений, искусственного шелка и целлулоида. В развитых странах основным источником их поступления являются выбросы автомобилей. Общее количество поступающих от антропогенных источников окислов азота составляет примерно 65 млн. тонн в год.

Оксиды азоты оказывают негативное воздействие на рост растений. Вызывают заболевания дыхательных путей, приводят к затруднению дыхания, повышают вероятность вирусных заболеваний и возникновение злокачественных новообразований. У детей часто вызывают кислородное голодание тканей. Отмечена также их важная роль в формировании кислотных дождей. Так, в Европе они составляют до 50% вредных веществ выпавших на поверхность с кислотными дождями.

В результате фотохимических процессов с участием диоксида азота и летучих органических соединений образуется озон, являющийся одним из наиболее токсичных загрязнителей атмосферного воздуха. Является основной составляющей фотохимического смога, который приводит к развитию глазных и лёгочных заболеваний, провоцирует головные боли, кашель и т.д..

При сжигании содержащих серу ископаемых видов топлива образуется диоксид серы или сернистый ангидрид. Основным источником поступления этого загрязнителя являются тепловые электростанции работающие на угле и предприятия по переработке сернистых руд. Часть сернистого ангидрида поступает в атмосферу при сжигании органики на горнорудных отвалах. Ежегодно от всех источников загрязнения поступает более 190 млн. тонн этого вещества, которое является наиболее важным в процессе формирования кислотных дождей. Наиболее крупным источником загрязнения являются США, предприятия которых ответственны за 65% общемировых выбросов

сернистого ангидрида.

При окислении диоксида серы кислородом воздуха образуется треокись серы или серный ангидрид. Основными источниками поступления серного ангидрида в атмосферу Земли являются предприятия черной и цветной металлургии.

Серный ангидрид представляет собой аэрозоль, который при взаимодействии с обычной водой образует раствор серной кислоты. При выпадении раствора на поверхность почвы с кислотными дождями происходит её окисление, при попадании на металлические поверхности — ускоряется коррозия. Но наибольшую опасность серная кислота представляет для жизни и здоровья человека, обостряя заболевания дыхательных путей.

Вместе с двумя рассмотренными выше оксидами серы в атмосферу также часто поступают сероводород и сероуглерод. Первый при взаимодействии с кислородом образует раствор диоксида серы, второй при взаимодействии с треокисью серы образует диоксид серы и серооксид углерода. Кроме металлургических предприятий важными источниками поступления сероводорода и сероуглерода являются также предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы[16]

Жидкие примеси

состав атмосферы входят также аэрозольные (взвешенные) примеси (аэрозоли). К ним относятся: твердые частицы дыма, сажи, пепла, капельки кислот, частички морской соли, микроорганизмы (бактерии), пыльца, споры, космическая пыль (образуется около 1 млн тонн в год из межпланетного пространства и при сгорании метеоров в атмосфере), продукты искусственного радиоактивного распада, заражающие воздух при испытательных взрывах. Радиусы этих частичек колеблются от сотых, тысячных долей микрона до 5 мк. Поэтому они могут длительное время удерживаться в атмосфере во взвешенном состоянии. Удаляются из атмосферы они главным образом при выпадении

осадков, когда присоединяются к капелькам и снежинкам.

Все аэрозольные примеси содержатся в наибольшем количестве в самых нижних слоях атмосферы, вблизи земной поверхности, которая является их источником. Особенно загрязнен аэрозольными примесями воздух больших городов: в 1 см3 воздуха здесь находятся десятки тысяч аэрозольных частиц (в 1 см3 воздуха над открытыми частями океанов – сотни частиц аэрозолей). Аэрозольные примеси способствуют возникновению туманов, смогов, проникают в легкие, отрицательно воздействуют на сердечно-сосудистую систему. В Лондоне велика смертность от воздействия смогов.

Аэрозольные примеси могут легко переноситься воздушными течениями на большие расстояния. Песчаная пыль, попадающая в воздух над Сахарой, выпадала неоднократно в больших количествах на территории Южной и Средней Европы. Дым лесных пожаров в Канаде переносился сильными воздушными течениями на высоте 8 – 13 км к берегам Европы. Дым и пепел больших вулканических извержений неоднократно распространялся в высоких слоях атмосферы на огромные расстояния, окутывая весь земной шар. Запыленность воздуха наблюдалась в течение нескольких месяцев после извержений. Радиоактивные продукты, попадающие в атмосферу при взрывах, распространяются в высоких слоях атмосферы над огромными пространствами земного шара.[17]

Твердые примеси

Размер (радиус) твердых частиц, наблюдаемых в атмосфере, колеблется в широких пределах: от тысячных и сотых долей, до нескольких десятков микрометров (при пыльных бурях размеры частиц, переносимых ветром, увеличиваются до 100 мкм и более). В зависимости от размера аэрозольные частицы делят на три класса: мелкие или микроскопические (тонкодисперсные), радиусом r<0,1 мкм, средние (среднедисперсные), г = 0,1–1 мкм и крупные (грубодисперсные), г>1 мкм. Среди тонкодисперсных аэрозолей выделяют группу частиц, обладающих гигроскопическими свойствами. Эти

частицы называют ядрами конденсации (они служат зародышами капель облаков и туманов). Нередко мелкие частицы несут на себе положительный или отрицательный заряд электричества. В этом случае они носят название ионов (легких или тяжелых).

По физико-химическим свойствам аэрозоли делят на: пыль и сажу (твердые частицы), дым (сильно обводненные частицы) и капли (тумана, облаков, осадков). Подчеркнем, что в реальных условиях и частицы пыли в какой-то степени всегда обводнены, а капли всегда содержат ядро конденсации (масса которого, правда, ничтожна мала по сравнению с массой воды). Капли облаков, туманов и осадков мы не будем относить к аэрозолям (считать примесями), поскольку они имеют естественное происхождение. Лишь незначительная часть антропогенных аэрозолей имеет жидкую структуру (например, серная кислота).

По форме частицы аэрозоля принято делить на: а) сферические, б) изометрические (правильные многогранники), в) пластинки (протяженность в двух измерениях значительно больше, чем в третьем), г) иглы, волокна, призмы, д) сложные агрегаты (длинные цепочки с ответвлениями, звездочки).

В составе аэрозоля всегда присутствуют четыре группы веществ: сульфаты, органические соединения, твердый углерод и вода, относительное содержание которых колеблется в широких пределах, отражающих условия образования газов-предшественников (включая географическое распределение растительности и режим ее жизнедеятельности) и влияние метеорологических условий на распространение аэрозоля в атмосфере.

Твердый углерод—это различного вида сажа, радиус частиц которой в момент образования близок к 0,003—0,005 мкм, а концентрация весьма изменчива — от 1 мкг/м³ в особо чистых районах до 10—30 мкг/м³ в сильно задымленных. Вскоре после образования частицы сажи объединяются в хлопья радиусом в несколько сотых микрометра, захватываются частицами другой природы (например, каплями осадков) и удаляются из атмосферы через интервалы времени, колеблющиеся от нескольких десятков часов до 1—2 недель. Общая

масса сажи в атмосфере оценивается примерно в 5 Мт, а скорость поступления — около 500 Мт/год. Для сравнения приведем оценки глобального содержания углерода в составе диоксида углерода (примерно 7·10³ Мт) и скорости его поступления из естественных (2·10⁵ Мт/год) и антропогенных (5·10³ Мт/год) источников. Таким образом, скорость поступления в атмосферу твердого углерода составляет около 10 % скорости выброса газообразного углерода и быстро растет по мере увеличения объема сжигаемого топлива.

Роль сажи в атмосфере определяется не только вредным воздействием на человека, прежде всего на органы дыхания, но и тем, что из всех составляющих аэрозоля сажа наиболее сильно поглощает солнечную и земную радиацию в широком диапазоне длин волн (от 0,25 до 13 мкм) и тем самым может оказывать существенное влияние на термический режим атмосферы и земной поверхности. Оценки показывают, что если бы частицы сажи оседали равномерно, то земная поверхность покрылась бы слоем сажи толщиной до 1 мкм с альбедо всего лишь около 2 %. В действительности основная масса сажи вымывается выпадающими на землю осадками.

Однако сажа, выпавшая на снежный или ледяной покров, распределяется по всей толщине и длительное время сохраняется. По этой причине альбедо снега уменьшается до 90 % при среднем и до 30 % при сильном загрязнении (при альбедо, равном 100 % в случае чистого снега), что значительно ускоряет процесс таяния снега. Значительно также влияние сажи на альбедо облаков. Водная составляющая тонкодисперсного аэрозоля практически не поглощает радиацию в интервале длин волн 0,25—13 мкм и тем самым не оказывает влияния на термический режим атмосферы.

Роль сульфатов (соединений серы) значительна прежде всего потому, что наиболее крупные частицы их служат ядрами конденсации, определяющими условия образования и микроструктуру облаков и туманов. Велико содержание сульфатов в дымках – широко распространенном явлении (особенно в городах), оказывающем существенное влияние на радиационный теплообмен и альбедо

планеты.

В связи с увеличением антропогенных выбросов сульфатов в последние десятилетия заметно возросла их биологическая активность, сопровождающаяся отравлением растительности и животного мира (это так называемые кислотные дожди).

Наименее активна (в отношении поглощения радиации и влияния на климат) органическая составляющая аэрозоля. Входящие в его состав многочисленные органические соединения обладают сильными полосами поглощения, которые, однако, перекрываются полосами поглощения водяного пара или находятся в области спектра с очень малой интенсивностью излучения.

Вклад антропогенных выбросов в общий баланс аэрозоля существенен для всех его составляющих (для твердого углерода он преобладает над естественным, для сульфатов и органического вещества составляет примерно 25 % естественного) и со временем продолжает увеличиваться.

Важным источником загрязнения атмосферы служит промышленность, связанная с добычей и использованием строительных материалов (дробление пород в карьерах, изготовление цемента и др.).

В пыли, оседающей вблизи индустриальных центров, обнаруживается немало различных минералов: кварц, кальцит, гипс, полевой шпат, асбест (последний даже при концентрации, значительно меньше концентрации других минералов, вызывает необратимое повреждение легких). Пыль в воздухе индустриальных районов включает в среднем 20 % оксида железа, 15 % силикатов и 5 % сажи. К этому следует добавить оксиды металлоидов (марганец, ванадий, молибден, мышьяк, сурьма и особенно токсичные селен и теллур), а также фториды. Автомобили, литейное производство и сжигание отходов — основные источники загрязнения атмосферы свинцом — исключительно токсичным металлом. До недавнего времени, ежегодно каждый автомобиль выбрасываал в атмосферу в среднем 1 кг свинца в виде аэрозоля (в бензин добавлялся тетраэтил свинца в качестве антидетонатора). В крупных городах многих стран

мира концентрация свинца нередко превышала 1 мкг/м³ (а на перекрестках и в туннелях 5—30 мкг/м³) при ПДК, равном 0,7 мкг/м³. Среднее время пребывания в атмосфере частиц свинца (диаметром от 0,05 до 5 мкм) составляет несколько недель, что способствует распространению свинца в удаленные от источников районы. В настоящее время вся биосфера заражена свинцом антропогенного происхождения.

Основная часть