«Загрязнение воздуха – экологическая проблема». Эта фраза не отражает ни в малейшей степени тех последствий, которые несет в себе нарушение природного состава и баланса в смеси газов, называемой воздух.

Проиллюстрировать такое заявление не вызывает никакого труда. Всемирная организация здравоохранения привела данные по этой теме за 2014 год. Из-за загрязнения воздуха в мире умерло около 3,7 млн. человек. Почти 7 млн. человек умерло от воздействия на организм загрязненного воздуха. И это за один год.

В состав воздуха входит 98–99% азота и кислорода, остальное: аргон, углекислый газ, вода и водород. Из него состоит атмосфера Земли. Основной компонент, как видим, кислород. Он необходим для существования всего живого. Им «дышат» клетки, то есть при поступлении его в клетку организма происходит химическая реакция окисления, в результате которой выделяется энергия необходимая для роста, развития, размножения, обмена с другими организмами и тому подобное, то есть для жизни.

Загрязнение атмосферы толкуется как привнесение в атмосферный воздух неприсущих ему химических, биологических и физических веществ, то есть изменение их естественной концентрации. Но важнее не изменение концентрации, которое, без сомнения, происходит, а уменьшение в составе воздуха наиболее полезного для жизни компонента – кислорода. Ведь объем смеси не увеличивается. Вредные и загрязняющие вещества не добавляются простым сложением объемов, а уничтожают и занимают его место. Фактически возникает и продолжает накапливаться недостаток пищи для клеток, то есть базового питания живого существа.

От голода умирает около 24000 человек в сутки, то есть в год примерно около 8 млн., что сопоставимо с цифрой смертности от загрязнения воздуха.

Виды и источники загрязнения

Воздух подвергался загрязнению во все времена. Извержения вулканов, пожары лесные и торфяные, пыль и пыльца растений и иное попадание в атмосферу веществ обычно неприсущих ее природному составу, но произошедшие в результате природных причин – это первый вид происхождения загрязнения воздуха – естественный. Второй – это в результате деятельности человека, то есть искусственный или антропогенный.

Антропогенное загрязнение, в свою очередь, можно разделить на подвиды: транспортные или возникшие в результате работы разных видов транспорта, производственные, то есть связанные с выбросами в атмосферу веществ, образующихся в производственном процессе и бытовые или появившиеся в результате непосредственной жизнедеятельности человека.

Само загрязнение воздуха может быть физическим, химическим и биологическим.

• К физическому относят пыль и твердые частица, радиоактивное излучение и изотопы, электромагнитные волны и радиоволны, шумовое, включая громкие звуки и низкочастотное колебание и тепловое, в любой форме.
• Химическое загрязнение – это попадание в воздух газообразных веществ: оксида углерода и азота, диоксида серы, углеводородов, альдегидов, тяжелых металлов, аммиака и аэрозолей.
• Загрязнение микробами называется биологическим. Это различные споры бактерий, вирусы, грибы, токсины и тому подобное.

Первый – механическая пыль. Появляется в технологических процессах измельчения веществ и материалов.

Второй — возгоны. Они образуются при конденсации паров охлажденного газа и пропускаемые через технологическое оборудование.

Третий – летучая зола. Он содержится в дымовом газе во взвешенном состоянии и представляет собой несгоревший минеральные примеси топлива.

Четвертый – промышленная сажа или твердый высокодисперсный углерод. Он образуется при неполном сгорании углеводородов или их термическом разложении.

В основном на сегодняшний день источниками таких загрязнений являются теплоэлектростанции, работающие на твердом топливе и угле.

Последствия загрязнений

Основными последствиями загрязнения атмосферного воздуха являются: парниковый эффект, озоновые дыры, кислотные дожди и смог.

Парниковый эффект построен на способности атмосферы Земли пропускать короткие волны и задерживать длинные. Короткие волны – это солнечная радиация, а длинные – это тепловое излучение, идущее от Земли. То есть образуется слой, в котором происходит аккумулирование тепла или парник. Газы, способные к такому эффекту называются, соответственно, парниковыми. Эти газы нагреваются сами и нагревают всю атмосферу. Этот процесс естественный и природный. Он происходил и происходит в настоящее время. Без него не была бы возможна жизнь на планете. Его начало не связано с деятельностью человека. Но если раньше природа сама регулировала этот процесс, то сейчас в него интенсивно вмешался человек.

Углекислый — основной парниковый газ. Его доля в парниковом эффекте более 60%. На долю остальных – хлорфторуглеводорода, метана, оксидов азота, озона и так далее, приходится не более 40%. Именно благодаря столь большой доли углекислого газа, была возможна природная саморегуляция. Сколько углекислого газа выделялось при дыхании живыми организмами, столько и потребляли его растения, производя кислород. Объемы и концентрация его сохранялась в атмосфере. Промышленная и иная деятельность человека, и, прежде всего, вырубание лесов и сжигание природного топлива, привели к увеличению углекислого газа и других парниковых газов за счет снижения объема и концентрации кислорода. Результатом стало большее нагревание атмосферы – повышение температуры воздуха. Прогнозы таковы, что увеличение температуры приведет к излишнему таянию льдов и ледников и повышению уровня Мирового океана. Это с одной стороны, а с другой увеличиться, за счет более высокой температуры, испарение воды с поверхности земли. А, значит, увеличение пустынных земель.

Озоновые дыры или нарушение озонового слоя. Озон одна из форм существования кислорода и образуется в атмосфере естественным путем. Это происходит при попадании ультрафиолетового излучения солнца на молекулу кислорода. Потому наибольшая концентрация озона в верхних слоях атмосферы на высоте около 22 км. от поверхности Земли. По высоте он распространяется примерно на 5 км. этот слой считается защитным, так как задерживает это самое излучение. Без такой защиты все живое на Земле погибло. Сейчас наблюдается уменьшение концентрации озона в защитном слое. Почему это происходит до сих пор достоверно не установлено. Впервые это истощение было обнаружено в 1985 году над Антарктидой. С тех пор явление получило название «озоновой дыры». Тогда же была подписана в Вене Конвенция об охране озонового слоя.

Промышленные выбросы в атмосферу диоксида серы и оксида азота, соединяющиеся с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоту и вызывают «кислотные» дожди. Такими считаются любые осадки, кислотность которых выше природной, то есть ph<5,6. Это явление присуще всем промышленным регионам в мире. Главное их отрицательное воздействие приходится на листья растений. Кислотность нарушает их восковой защитный слой, и они становятся уязвимы для вредителей, болезней, засух и загрязнений.

Выпадая на почву, кислоты, содержащиеся в их воде, вступают в реакцию с токсичными металлами, находящимися в земле. Такими как: свинец, кадмий, алюминий и другими. Растворяют и тем способствуют их проникновению в живые организмы и подземные воды.

Кроме того, кислотные дожди способствуют коррозии и тем действуют на прочность зданий, сооружений и других строительных конструкций из металла.

Смог – привычная картина крупных промышленных городов. Возникает там, где в нижних слоях тропосферы скапливается большое количество загрязняющих веществ антропогенного происхождения и веществами, полученными в результате их взаимодействия с солнечной энергией. Смог образуется и долго живет в городах, благодаря безветренной погоде. Существует: влажный, ледяной и фотохимический смог.

С первыми взрывами ядерных бомб в японских городах Хиросима и Нагасаки в 1945 году, человечество открыло еще один, возможно, самый опасный, вид загрязнения атмосферного воздуха – радиоактивный.

Природа имеет способность к самоочищению, но активность человека ей явно в этом мешает.

Видео — Нераскрытые тайны: Как загрязнение воздуха влияет на здоровье

Загрязнению воздуха в определенной степени подвержены все промышленно развитые страны. Воздух больших городов, которым мы дышим, содержит огромное количество различных вредных примесей, аллергенов, взвешенных частиц и представляет собой аэрозоль.

Аэрозоли – это аэродисперсные (коллоидные) системы, в которых неопределенно долгое время могут находиться во взвешенном состоянии твердые частицы (пыль), капельки жидкости, образующиеся либо при конденсации паров, либо при взаимодействии газовых сред, либо попадающие в воздушную среду без изменения фазового состава.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются тепловые электростанции, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы, которые выбрасывают в атмосферу пыль, сернистые и другие вредные газы, выделяющиеся при различных технологических производственных процессах.

Черная металлургия выплавки чугуна и переработки его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов.

Загрязнение воздуха пылью при коксовании углей сопряжено с подготовкой шихты и загрузкой ее в коксовые печи, с выгрузкой кокса в тушильные вагоны и с мокрым тушением кокса. Мокрое тушение сопровождается также выбросом в атмосферу веществ, входящих в состав используемой воды.

В цветной металлургии при получении металлического алюминия путем электролиза с отходящими газами от электролизных ванн в атмосферный воздух выделяется значительное количество газообразных и пылевидных фтористых соединений.

оздушные выбросы предприятий нефтедобывающей и нефтехимической промышленности содержат большое количество углеводородов, сероводорода и дурно пахнущих газов. Выброс в атмосферу вредных веществ на нефтеперерабатывающих заводах происходит главным образом вследствие недостаточной герметизации оборудования. Например, загрязнение атмосферного воздуха углеводородами и сероводородом отмечается от металлических резервуаров сырьевых парков для нестабильной нефти, промежуточных и товарных парков для легковых нефтепродуктов.

Производство цемента и строительных материалов может являться источником загрязнения атмосферы различной пылью. Основными технологическими процессами этих производств являются процессы измельчения и термическая обработка шихт, полуфабрикатов и продуктов в потоках горячих газов, что связано с выбросами пыли в атмосферный воздух.

К химической промышленности относится большая группа предприятий. Состав их промышленных выбросов весьма разнообразен. Основными выбросами от предприятий химической промышленности являются окись углерода, окислы азота, сернистый ангидрид, аммиак, пыль от неорганических производств, органические вещества, сероводород, сероуглерод, хлористые соединения фтористые соединения и др. Источниками загрязнения атмосферного воздуха в сельских населенных местах являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы от производства мяса, энергетические и теплосиловые предприятия, пестициды, применяемые в сельском хозяйстве. В районе расположения помещений для содержания скота и птицы в атмосферный воздух могут поступать и распространяться на значительное расстояние аммиак, сероуглерод и другие дурно пахнущие газы.

К источникам загрязнения атмосферного воздуха пестицидами относятся склады, протравливание семян и сами поля, на которые в том или ином виде наносятся пестициды и минеральные удобрения, а также хлопкоочистительные заводы.

Смог - аэрозоль, состоящий из дыма, тумана и пыли, один из видов загрязнения воздуха в крупных городах и промышленных центрах. Смог может образовываться практически при любых природных и климатических условиях в крупных городах и индустриальных центрах с сильным загрязнением воздуха. Наиболее вреден смог в тёплые периоды года, в солнечную безветренную погоду, когда верхние слои воздуха достаточно тёплые, чтобы останавливать вертикальную циркуляцию воздушных масс. Это явление часто встречается в городах, защищённых от ветров естественными преградами, например, холмами или горами. Сам по себе туман не опасен для человеческого организма. Он становится вредным, только когда чрезвычайно загрязнен токсическими примесями

37) Борьба за чистоту атмосферного воздуха в настоящее время стала важнейшей задачей отечественной гигиены. Эта задача решается путем законодательных предупредительных мероприятий: планировочных, технологических и санитарно-технических.

Все направления охраны атмосферы можно объединить в четыре большие группы:

1. Группа санитарно-технических мероприятий – сооружение сверхвысоких дымовых труб, установка газопылеочистного оборудования, герметизация технического и транспортного оборудования.

2. Группа технологических мероприятий – создание новых технологий, основанных на частично или полностью замкнутых циклах, создание новых методов подготовки сырья, очищающих его от примесей до вовлечения в производство, замена исходного сырья, замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми, автоматизация производственных процессов.

3. Группа планировочных мероприятий – создание санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий, оптимальное расположение промышленных предприятий с учетом розы ветров, вынос наиболее токсичных производств за черту города, рациональная планировка городской застройки, озеленение городов.

4. Группа контрольно-запретительных мероприятий – установление предельно допустимых концентраций (ПДК) и предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ, запрещение производства отдельных токсичных продуктов, автоматизация контроля за выбросами.

К основным мероприятиям по охране атмосферного воздуха относится группа санитарно-технических мероприятий. В этой группе важным направлением охраны воздуха является очистка выбросов в сочетании с последующей утилизацией ценных компонентов и производством из них продукции. В цементной промышленности - это улавливание цементной пыли и ее использование для производства твердых покрытий дорог. В теплоэнергетике – улавливание летучей золы и утилизация ее в сельском хозяйстве, в промышленности строительных материалов.

При утилизации уловленных компонентов возникают два вида эффекта: экологический и экономический. Экологический эффект состоит в снижении загрязнения окружающей среды при использовании отходов по сравнению с применением первичных материальных ресурсов. Так, при производстве бумаги из макулатуры или использования металлолома в сталеплавильном производстве загрязнение атмосферы уменьшается на 86%. Экономический эффект утилизации уловленных ингредиентов связан с появлением дополнительного сырьевого источника, имеющего, как правило, более благоприятные экономические показатели по сравнению с соответствующими показателями производства из природного сырья. Так, производство серной кислоты из газов цветной металлургии по сравнению с производством из традиционного сырья (природной серы) в химической промышленности имеет более низкую себестоимость и удельные капитальные вложения, более высокую годовую прибыль и рентабельность.

К наиболее эффективным способам очистки газов от газовых примесей относятся три: абсорбция жидкостью, адсорбция твердым веществом и каталитическая очистка.

В абсорбционных способах очистки используются явления различной растворимости газов в жидкости и химические реакции. В жидкости (обычно воде) используются такие реагенты, которые образуют с газом химические соединения.

Адсорбционные методы очистки основаны на способности мелкопористых адсорбентов (активных углей, цеолитов, простых стекол и др.) улавливать из газов при соответствующих условиях вредные компоненты.

Основу каталитических методов очистки составляют каталитические превращения вредных газообразных веществ в безвредные. К этим методам очистки относятся инерционная сепарация, электрическое осаждение и др. При инерционной сепарации осаждение взвешенных твердых частиц происходит благодаря их инерции, возникающей при изменении направления или скорости потока в аппаратах, называемых циклонами. Электрическое осаждение основано на электрическом притяжении частиц к заряженной (осадительной) поверхности. Электрическое осаждение реализуется в различных электрофильтрах, в которых, как правило, зарядка и осаждение частиц происходит совместно.

Понятие "ресурсы атмосферы"

Атмосферный воздух как ресурс. Атмосферный воздух - это природная смесь газов приземного слоя атмосферы за пределами жилых, производственных и иных помещений, сложившаяся в ходе эволюции нашей планеты. Он является одним из основных жизненно важных элементов природы.

Атмосферный воздух выполняет ряд сложнейших экологических функций, а именно:

1) регулирует тепловой режим Земли, способствует перераспределению тепла по земному шару;

2) служит незаменимым источником кислорода, необходимого для существования всего живого на Земле. При характеристике особой важности воздуха в жизни человека подчеркивается, что человек может прожить без воздуха лишь несколько минут;

3) является проводником энергии Солнца, служит защитой от губительных космических излучений, образует основу климатических и погодных условий на Земле;

4) интенсивно эксплуатируется как транспортная коммуникация;

5) спасает все живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей;

6) защищает Землю от различных небесных тел. Размеры метеоритов в подавляющем большинстве не превышают величины горошины. С огромной скоростью (от 11 до 64 км/с) они под влиянием земного притяжения врезаются в атмосферу планеты, раскаляются за счет трения о воздух и на высоте около 60-70 км большей частью сгорают;

7) определяет световой режим Земли, разбивает солнечные лучи на миллионы мелких лучей, рассеивает их и создает то равномерное освещение, к которому привык человек;

8) является той средой, где распространяются звуки. Без воздуха на Земле царила бы тишина;

9) обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном перемешивании в приземном слое воздуха, отложении загрязненных веществ на поверхности земли.

У атмосферного воздуха и атмосферы в целом множество других экологических и социально полезных свойств. Так, например, атмосферный воздух широко используется как природный ресурс в народном хозяйстве. Из атмосферного азота производятся минеральные азотные удобрения, азотная кислота и её соли. Аргон и азот применяются в металлургии, химической и нефтехимической промышленности (для осуществления ряда технологических процессов). Из атмосферного воздуха получают также кислород и водород .

Загрязнение атмосферного воздуха промышленными предприятиями

Под загрязнением в экологии понимают неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом деятельности человека, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства среды и условия существования живых организмов. Эти изменения могут влиять на человека непосредственно или через воду и продукты питания. Они также могут воздействовать на человека, ухудшая свойства используемых им вещей, условия отдыха и работы .

Интенсивное загрязнение воздуха началось в 19 веке в связи с бурным развитием промышленности, которая стала использовать каменный уголь как основной вид топлива, и быстрым ростом городов. О роли угля в загрязнении атмосферы в Европе было известно давно. Однако в 19 веке он был самым дешевым и доступным видом топлива в Западной Европе, в том числе и Великобритании.

Но уголь не единственный источник загрязнения атмосферы. Сейчас в атмосферу ежегодно выбрасывается огромное количество вредных веществ, и, несмотря на значительные усилия, принимаемые в мире с целью уменьшить степень загрязнения атмосферы, находится в развитых капиталистических странах. При этом исследователи отмечают, что если над сельской местностью вредных примесей в атмосфере ныне в 10 раз больше, чем над океаном, то над городом их больше в 150 раз .

Воздействие на атмосферу предприятий черной и цветной металлургии. Предприятия металлургической отрасли насыщают атмосферу пылью, сернистыми и другими вредными газами, выделяющимися при протекании различных технологических производственных процессов.

Черная металлургия производства чугуна и переработки его на сталь естественно происходит с сопровождением выбросов в атмосферу различных вредных газов.

Загрязнение воздуха газами при образовании углей сопровождается подготовкой шихты и загрузкой ее в коксовые печи. Мокрое тушение сопровождается также выбросом в атмосферу веществ, входящих в состав используемой воды.

При получении металлического алюминия с помощью электролиза в окружающую среду выделяется огромное количество газообразных и пылевидных соединений содержащих фтор и другие элементы. При выплавке одной тонны стали в атмосферу попадает 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксидов серы и до 0,05 т оксида углерода. Заводы цветной металлургии сбрасывают в атмосферу соединения марганца, свинца, фосфора, мышьяка, пары ртути, парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ. .

Воздействие на атмосферу предприятий нефтехимической промышленности. Предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности оказывают заметное негативное влияние на состояние окружающей среды и, прежде всего, на атмосферный воздух, что обусловлено их деятельностью и сжиганием продуктов переработки нефти (моторных, котельных топлив и др. продукции).

По загрязнению воздушного бассейна нефтепереработка и нефтехимия занимают четвертое место среди других отраслей промышленности. В состав продуктов сгорания топлива входят такие загрязняющие вещества, как оксиды азота, серы и углерода, технический углерод, углеводороды, сероводород.

В процессах переработки углеводородных систем в атмосферу выбрасывается более 1500 т/год вредных веществ. Из них углеводородов - 78,8 %; оксидов серы - 15,5 %; оксидов азота - 1,8 %; оксидов углерода - 17,46 %; твердых веществ - 9,3 %. Выбросы твердых веществ, диоксида серы, оксида углерода, оксидов азота составляют до 98 % суммарных выбросов от промышленных предприятий. Как показывает анализ состояния атмосферы, именно выбросы этих веществ в большинстве промышленных городов создают повышенный фон загрязнения.

Наиболее экологически опасными являются производства, связанные с ректификацией углеводородных систем - нефти и тяжелых нефтяных остатков, очисткой масел с помощью ароматических веществ, получением элементной серы, и объекты очистных сооружений .

Воздействие на атмосферу сельскохозяйственных предприятий. Загрязнение атмосферного воздуха сельскохозяйственными предприятиями осуществляется, в основном, через выбросы загрязняющих газообразных и взвешенных веществ вентиляционными установками, обеспечивающими нормальные условия жизнедеятельности животных и человека в производственных помещениях для содержания скота и птицы. Дополнительные загрязнения происходят от котельных в результате переработки и поступления в атмосферу продуктов сгорания топлива, от выхлопных газов автотракторной техники, от испарений из емкостей для хранения навоза, а также при разбрасывании навоза, удобрений и других химических веществ. Нельзя не учитывать и пыль, образующуюся при уборке полевых культур, погрузке, разгрузке, сушке и доработке сыпучей сельскохозяйственной продукции .

Топливно-энергетический комплекс (тепловые электростанции, теплоэлектроцентрали, котельные установки) выделяет в атмосферный воздух дым, образующийся при сгорании твердого и жидкого топлива. Выбросы в атмосферный воздух от использующих топливо установок содержат продукты полного сгорания - окислы серы и зола, продукты неполного сгорания - в основном окись углерода, сажа и углеводороды. Общий объем всех выбросов весьма значительный. Например, тепловая электростанция, потребляющая ежемесячно 50 тыс. т угля, содержащего примерно 1 % серы, ежедневно выбрасывает в атмосферу 33 т серного ангидрида, который может превратиться (при определенных метеорологических условиях) в 50 т серной кислоты. За одни сутки такая электростанция производит до 230 т золы, которая частично (около 40-50 т в день) выбрасывается в окружающую среду в радиусе до 5 км. Выбросы тепловых станций, сжигающих нефть, почти не содержат золы, однако выделяют в три раза больше серного ангидрида.

Воздушные загрязнения нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности содержат большое количество углеводородов, сероводорода и дурно пахнущих газов. Выброс в атмосферу вредных веществ на нефтеперерабатывающих заводах происходит главным образом вследствие недостаточной герметизации оборудования. Например, загрязнение атмосферного воздуха углеводородами и сероводородом отмечается от металлических резервуаров сырьевых парков для нестабильной нефти, промежуточных и товарных парков для легковых нефтепродуктов .

Существует два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный.

Естественный источник - это вулканы, пыльные бури, выветривание, лесные пожары, процессы разложения растений и животных.

Антропогенные, в основном делят на три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем, загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места.

Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнения - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

По данным ученых (1990 г), ежегодно в мире в результате деятельности человека в атмосферу поступает 25,5 млрд. т оксидов углерода, 190 млн. т. оксидов серы, 65 млн. т. оксидов азота, 1,4 млн. т. хлорфторуглеродов (фреонов), органические соединения свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные (вызывающие заболевание раком) Защита атмосферы от промышленных загрязнений. /Под ред. С. Калверта и Г. Инглунда. - М.: «Металлургия», 1991., с. 7..

Наиболее распространенные загрязнители атмосферы поступают в нее в основном в двух видах: либо в виде взвешенных частиц (аэрозолей), либо в виде газов. По массе львиную долю -- 80--90 процентов -- всех выбросов в атмосферу из-за деятельности человека составляют газообразные выбросы. Существуют 3 основных источника образования газообразных загрязнений: сжигание горючих материалов, промышленные производственные процессы и природные источники.

Рассмотрим основные вредные примеси антропогенного происхождения Грушко Я.М. Вредные органические соединения в промышленных выбросах в атмосферу. - Ленинград.: «Химия», 1991., с. 15-27..

• - Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.
• - Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 % от общемирового выброса.
• - Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
• - Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.
• - Оксилы азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.
• - Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.
• - Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 т. передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг. сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

Помимо газообразных загрязняющих веществ, в атмосферу поступает большое количество твердых частиц. Это пыль, копоть и сажа. Большую опасность таит загрязнение природной среды тяжелыми металлами. Свинец, кадмий, ртуть, медь, никель, цинк, хром, ванадий стали практически постоянными компонентами воздуха промышленных центров.

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб. км пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены в Приложении 3.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнения воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест.

Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС.

Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. куб. м. условного оксида углерода и более 150 т. пыли.

Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

Основными загрязнителями атмосферы на сегодняшний день являются окись углерода и сернистый газ (Приложение 2).

Но, конечно, нельзя забывать и о фреонах, или хлорфторуглеводородах. Именно их большинство ученых считают причиной образования так называемых озоновых дыр в атмосфере. Фреоны широко используются в производстве и в быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей, а также в аэрозольных упаковках. А именно с понижением содержания озона в верхних слоях атмосферы медики связывают рост количества раковых заболеваний кожи. Известно, что атмосферный озон образуется в результате сложных фотохимических реакций под воздействием ультрафиолетовых излучений Солнца. Хотя его содержание невелико, его значение для биосферы огромно. Озон, поглощая ультрафиолетовое излучение, предохраняет все живое на земле от гибели. Фреоны же, попадая в атмосферу, под действием солнечного излучения распадаются на ряд соединений, из которых окись хлора наиболее интенсивно разрушает озон.

Различают природные (естественные) и антропогенные (искусственные) источники загрязнения. К природным источникам относятся: пыльные бури, пожары, различные аэрозоли растительного, животного или микробиологического происхождения и т.п. Антропогенные выбросы в атмосферу ежегодно составляют более 19 млрд. т, из них более 15 млрд. т углекислого газа, 200 млн. т оксида углерода, более 500 млн. т углеводородов, 120 млн. т золы и др.

На территории Российской Федерации, например, в 1991г., выбросы загрязняющих веществ в воздушную среду составили около 53 млн. т, в том числе промышленностью – 32 млн. т (61%), автотранспортом 21 млн. т (39%). В одном из крупных регионов страны, Ростовской области, выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в 1991 и 1996 гг. составили соответственно 944,6 тыс. т и 858,2 тыс. т в том числе:

твердые вещества	112,6 тыс. т
диоксид серы	184,1 тыс. т	133,0 тыс. т
оксид углерода	464,0 тыс. т	467,1 тыс. т
оксид азота
углеводороды
летучие орг. соед.

Более половины от общего объема составляют выбросы от автотранспорта. Загрязнения в основном получаются в виде побочных продуктов или отходов при добыче, переработке и использовании ресурсов, а также могут представлять собой одну из форм вредных выбросов энергии, например, избыточного тепла, шума и радиации.

Большинство естественных загрязнений (например, извержение вулкана, сжигание угля) рассеиваются по обширной территории, и их концентрация, зачастую, снижается до безопасной (за счет разложения, растворения и рассеивания). Антропогенные загрязнения воздуха возникают на урбанизированных территориях, где большие количества загрязнителей концентрируются в небольших объемах воздуха.

Наиболее опасными и широко распространенными считаются следующие восемь категорий загрязнителей:

1) взвеси – мельчайшие частицы вещества во взвешенном состоянии;

2) углеводороды и другие летучие органические соединения, находящиеся в воздухе в виде паров;

3) угарный газ (СО) – чрезвычайно ядовит;

4) оксиды азота (NO x) – газообразные соединения азота и кислорода;

5) оксиды серы (SO 2 диоксид) – ядовитый газ, опасный для растений и животных;

6) тяжелые металлы (медь, олово, ртуть, цинк и т.д.);

7) озон и другие фотохимические окислители;

8) кислоты (преимущественно серная и азотная).

Рассмотрим, что это за загрязнители и как они образуются.

В крупных городах можно встретить два основных вида источников загрязнителей: точечные , например, труба ТЭЦ, дымовая труба, выхлопная труба автомобиля и т.д. и неточечные – поступающие в атмосферу с обширных источников.

Различают твердые, жидкие и газообразные вещества, загрязняющие окружающую среду.

Твердые – образуются при механической обработке материалов или их транспортировке, при сжигании и тепловых процессах производства. К ним относятся пыль и взвеси, образующиеся: первые – при добыче, переработке и транспортировке сыпучих материалов, различных технологических процессах и ветровой эрозии; вторые – при открытом сжигании отходов и из промышленных труб в результате самых различных технологических процессов.

Жидкие загрязняющие вещества – продукт химических реакций, конденсации или распыления жидкости в технологических процессах. Основными жидкими загрязнителями являются нефть и продукты ее переработки, загрязняющие атмосферу углеводородами.

Газообразные загрязнители образуются в результате химических реакций, электрохимических процессов, сжигания топлива, реакций восстановления. Наиболее распространенными загрязнителями в газовом состоянии являются: оксид углерода СО, диоксид углерода СО 2 , оксиды азота NO, N 2 O, NO 2 , NO 3 , N 2 O 5 , диоксид серы SO 2 , соединения хлора и фтора.

Рассмотрим наиболее опасные, широко распространенные загрязнители. Каковы они и в чем их опасность?

1. Пыль и взвеси – это взвешенные в воздухе тонкие частицы, например, дыма и сажи (табл.4.2). Основными источниками взвеси являются промышленные трубы, транспорт и открытое сжигание топлива. Мы можем наблюдать такие взвеси в виде смога или дымки.

По дисперсности, т.е. степени измельченности различают пыль:

Крупнодисперсную – с частицами размером более 10 мкм, оседающую в неподвижном воздухе с возрастающей быстротой;

Среднедисперсную – с частицами от 10 до 5 мкм, медленно оседающую в неподвижном воздухе;

Мелкодисперсную и дым – с частицами размером 5 мкм, быстро рассеивающуюся в окружающей среде и почти не оседающую.

Таблица 4.2

Основные источники загрязнения атмосферного воздуха

	Аэрозоли	Газообразные выбросы
Котлы и промышленные печи		NO 2 , SO 2 , а также CO, альдегиды (HCHO), органические кислоты, бензапирен
Автомобильные двигатели		CO, NO 2 , альдегиды, углеводороды неканцерогенные, бензапирен
Нефтеперерабатывающая промышленность		SO 2 , H 2 S, NH 3 , NО x , CO, углеводороды, кислоты, альдегиды, канцерогенные вещества
Химическая промышленность		В зависимости от процесса (H 2 S, CO, NH 3), кислоты, органические вещества, растворители, летучие сульфиды и др.
Металлургия и коксохимия		SO 2 , CO, NH 3 , NO X , фтористые и цианистые соединения, органические вещества, бензапирен
Горная промышленность		В зависимости от процесса (CO, фтористые соединения, органические вещества)
Пищевая промышленность		NH 3 , H 2 S, смеси органических соединений
Промышленность строительных материалов		CO, органические соединения

Пыль, способная некоторое время находиться в воздухе во взвешенном состоянии, называется аэрозоль , в отличие от осевшей пыли, называемой аэрогель . Мелкодисперсная пыль представляет для организма наибольшую опасность, поскольку она не задерживается в верхних дыхательных путях и может проникнуть глубоко в легкие. Кроме того, тонкая пыль может быть проводником в организм человека различных ядовитых веществ, например, тяжелых металлов, которые на пылинках могут проникать глубоко в дыхательные пути.

Можно привести и другие примеры: комбинация двуокиси серы с пылью раздражает кожу и слизистые оболочки, с повышением концентрации - приводит к нарушениям дыхания и болям в груди, а при очень высоких концентрациях, значительно превосходящих ПДК, вызывает смерть от удушья.

В машиностроительных предприятиях, особенно в цехах горячей и холодной обработки металлов, в воздушную среду рабочих зон выделяется много пыли, токсических и раздражающих газов. Современный стандарт устанавливает ПДК для вредных веществ около 1000 видов. По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяют на четыре класса:

1-й – вещества чрезвычайно опасные;

2-й – вещества высоко опасные;

3-й – вещества умеренно опасные;

4-й – вещества малоопасные.

Класс опасности веществ установлен в зависимости от норм и показателей (табл.4.3).

Таблица 4.3

Классы опасности и пределы уровня загрязнения

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны – это концентрации, которые при ежедневной 8-часовой (кроме выходных дней) работе или при другой продолжительности (но не более 41 ч в неделю) в течение всего рабочего стажа не вызывают заболеваний или отклонений в состоянии здоровья.

Предельно допустимая концентрация представляет первичный стандарт, являющийся критерием загрязнения, это максимальный уровень загрязнения, который человек может переносить без ущерба для здоровья, плюс 10-15% как запас прочности.

2. Углеводороды – это органические соединения углерода и водорода. В технике и промышленности они используются в качестве энергоносителей, например, природный газ, пропан, бензин, растворители для красок и чистящих средств и др. Среди особо опасных углеводородов важное место занимает бензапирен – составная часть выхлопных газов автомобилей и выбросов в атмосферу от угольных печей.

3. Угарный газ . При полном сгорании топлива и отходов, представляющих собой органические соединения, образуются углекислый газ и вода:

CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O.

В случае полного сгорания выбрасывается в воздух двуокись углерода, называемая также углекислым газом (СО 2) при неполно окисленном углероде – угарный газ (СО).

Двуокись углерода – бесцветный газ со слабым запахом образуется при дыхании живых организмов, а также при сжигании угля, нефти и газа на тепловых станциях, в котельных и т.п. В небольшом количестве углекислый газ не опасен, но в очень больших дозах он приводит к смерти. Содержание СО 2 в воздухе постоянно растет, что связано с все более увеличивающимся количеством сжигания угля и нефти. За последние 100 лет содержание двуокиси углерода в воздухе увеличилось примерно на 14%. Рост содержания углекислого газа в воздухе способствует повышению температуры на Земле, так как слой углекислого газа создает мощный экран, не пропускающий в космос тепло, излучаемое Землей, что нарушает естественный теплообмен между планетой и окружающим ее пространством. Это так называемый парниковый, или оранжерейный, эффект .

Окись углерода (СО) – не полностью окисленный углерод, так называемый угарный газ. СО – ядовитый газ, не имеющий цвета и запаха. Вдыхание угарного газа блокирует поступление кислорода в кровь, приводит к кислородному голоданию тканей с последующим наступлением обморока, паралича дыхательных путей и смерти.

4. Оксиды азота (NO x) – газообразные соединения веществ, вырабатываемые микроорганизмами; также могут образоваться в продуктах сгорания топлива в автомобильных двигателях, в химической промышленности, например, при производстве азотной кислоты. При высоких температурах горения часть азота (N 2) окисляется, образуя монооксид (NO), который в воздухе, вступая в реакцию с кислородом, окисляется до диоксида (NO 2) и/или тетраоксида (N 2 O 4).

Оксиды азота способствуют возникновению фотохимического смога, образованного из продуктов реакции между окислами азота и ненасыщенными углеводородами под активным действием ультрафиолетового излучения Солнца.

Оксиды азота раздражают органы дыхания, слизистые оболочки, особенно легких и глаз, а также отрицательно действуют на мозг и нервную систему человека.

5. Двуокись серы или так называемый сернистый газ (SO 2) – остро пахнущий, бесцветный газ, раздражающий дыхательные пути человека и животных, особенно в среде тонкой пыли. Основными источники загрязнения воздуха двуокисью серы являются горючие ископаемые, сжигаемые в энергетических установках. Топливо и отходы, которые при сгорании попадают в воздух, содержат серу (например, в угле от 0,2 до 5,5% серы). В процессе сгорания сера окисляется с образованием SO 2 . Двуокись серы наносит серьезный ущерб окружающей среде – у растений под действием SO 2 происходит частичное отмирание хлорофилла, что пагубно действует на сельскохозяйственные урожаи, лесные деревья, водоемы, выпадая в виде так называемых кислотных дождей.

6. Тяжелые металлы , загрязняя окружающую среду, приносят огромный вред человеку и природе. Свинец, ртуть, кадмий, медь, никель, цинк, хром, ванадий – постоянные компоненты воздушной среды крупных промышленных центров. Примеси тяжелых металлов могут содержать уголь, а также различные отходы.

Примеры: там, где используется в качестве дополнителя в бензин тетраэтилсвинец с целью дешевого предотвращения стука двигателей (в ряде стран такой способ добавки запрещен) воздух значительно загрязняется свинцом. Высвобождаясь с выхлопными газами, этот вредный тяжелый металл, остается в воздухе и, прежде чем осесть, переносится ветром на большие расстояния.

Другой тяжелый металл – ртуть, попадая из загрязненного воздуха в воду в процессе биоаккумуляции в озерах, попадает в организмы рыб, что создает серьезную опасность отравления человека по пищевой цепочке.

7. Озон и различные активные органические соединения, которые образуются в процессе химических взаимодействий оксидов азота с летучими углеводородами, стимулируемых лучами солнца. Продукты этих реакций называются фотохимическими окислителями. Например, под действием солнечной энергии диоксид азота распадается на монооксид и атом кислорода, который, соединяясь с О 2 , образует озон О 3 .

8. Кислоты , преимущественно серная и азотная, которые образуют кислотные дожди.

Какие же объекты источников загрязнения атмосферы составляют главную опасность здоровью планеты?

Основными загрязнителями воздуха в индустриальных странах являются автомобили и другие виды транспорта, промышленные предприятия, тепловые электростанции, крупные комплексы военной промышленности и атомной энергетики.

Автотранспорт загрязняет воздух городов окисью углерода и азота, углеводородами и другими вредными веществами. Ежегодные выбросы автомобилей в России в начале 90-х годов составили 36 млн. т или 37% от общего объема выбросов (около 100 млн. т/год), в том числе: оксиды азота – 22%, углеводороды – 42%, окиси углерода – около 46% (наибольший объем выбросов от автомобилей отмечен в Москве – более 840 тыс. т/год).

Сейчас в мире несколько сотен миллионов только личных автомобилей, почти половина из них – около 200 млн. - на американском континенте. В Японии из-за ограниченной территории на единицу площади приходится почти в 7 раз больше автолюбителей, чем в США. На совести автомобиля – этой "химической фабрики на колесах" – более 60% всех вредных веществ в городском воздухе. Выхлопные газы автомобиля содержат около 200 веществ, приносящих вред здоровью и природе. В них присутствуют несгоревшие или неполностью разложившиеся углеводороды топлива. Количество углеводородов резко увеличивается, если двигатель работает на малых оборотах или при увеличенной скорости, например, при старте на перекрестках у светофоров. В момент нажатия на педаль акселератора выделяется большое количество несгоревших частиц (в 10-12 раз больше чем при нормальном режиме). Кроме того, в несгоревших выхлопных газах двигателя при нормальном режиме содержится около 2,7% окиси углерода, количество которого увеличивается при снижении скорости примерно до 3,9-4%, а на тихом ходу – до 6,9%.

Выхлопные газы, в том числе окись углерода, углекислый газ и многие другие выбросы двигателей, тяжелее воздуха, поэтому все они скапливаются у земли, отравляя человека и растительность. При полном сгорании топлива в двигателе часть углеводородов превращается в сажу, содержащую различные смолы. Особенно при неисправности двигателя за автомобилем тянется черный шлейф дыма, содержащий полициклические углеводороды и в том числе бензапирен. В выхлопных газах содержатся также оксиды азота, альдегиды, обладающие резким запахом и раздражающим эффектом, соединения неорганического свинца.

Черная металлургия – один из крупных источников загрязнения атмосферы пылью и газами. В процессе выплавки чугуна и переработки его на сталь выбросы пыли в расчете на 1 т предельного чугуна составляют 4,5 кг, сернистого газа – 2,7 кг и марганца – 0,5-0,1 кг.

Существенную роль в загрязнении атмосферы играют выбросы мартеновских и конверторных сталеплавильных цехов. Выбросы мартеновских печей в основном содержат пыль из триокиси железа (76%) и триокиси алюминия (8,7%). При бескислородном процессе на 1 т мартеновской стали выделяется 3000-4000 м 3 газов с концентрацией пыли около 0,6-0,8 г/м 3 . В процессе подачи кислорода в зону расплавленного металла образование пыли значительно увеличивается, достигая 15-52 г/м 3 . Одновременно происходит выгорание углеводорода и серы, в связи с чем в выбросах мартеновских печей содержится до 60 кг окиси углерода и до 3 кг сернистого газа в расчете на 1 т выдаваемой стали.

Процесс получения стали в конверторных печах характерен выбросом в атмосферу дымовых газов, состоящих из частиц окислов кремния, марганца и фосфора. В составе дыма содержится до 80 % окиси углерода, а концентрация пыли в отходящих газах составляет около 15 г/м 3 .

Выбросы цветной металлургии содержат технические пылевидные вещества: мышьяк, свинец, фтор и др., поэтому представляют собой серьезную опасность для здоровья людей и окружающей среды. В процессе производства алюминия электролизом в атмосферу выбрасывается большое количество газообразных и пылевидных фтористых соединений. Для получения 1 т алюминия расходуется от 33 до 47 кг фтора (в зависимости от мощности электролизера), более 65 % которого попадает в атмосферу.

Предприятия химической промышленности относятся к группе наиболее опасных источников загрязнения атмосферы. Состав их выбросов весьма разнообразен и содержит много новых, чрезвычайно вредных веществ. Мы мало знаем о потенциально вредном воздействии 80 % этих веществ на людей, животных и природу. К основным выбросам предприятий химической промышленности относятся окись углерода, окислы азота, сернистый ангидрид, аммиак, органические вещества, сероводород, хлористые и фтористые соединения, пыль от неорганических производств и др.

Топливно-энергетический комплекс (тепловые электростанции, теплоэлектроцентрали, котельные установки) выделяет в атмосферный воздух дым, образующийся при сгорании твердого и жидкого топлива. Выбросы в атмосферный воздух от использующих топливо установок содержат продукты полного сгорания – окислы серы и зола, продукты неполного сгорания – в основном окись углерода, сажа и углеводороды. Общий объем всех выбросов весьма значительный. Например, тепловая электростанция, потребляющая ежемесячно 50 тыс. т угля, содержащего примерно 1% серы, ежедневно выбрасывает в атмосферу 33 т серного ангидрида, который может превратиться (при определенных метеорологических условиях) в 50 т серной кислоты. За одни сутки такая электростанция производит до 230 т золы, которая частично (около 40-50 т в день) выбрасывается в окружающую среду в радиусе до 5 км. Выбросы тепловых станций, сжигающих нефть, почти не содержат золы, однако выделяют в три раза больше серного ангидрида.

Воздушные загрязнения нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности содержат большое количество углеводородов, сероводорода и дурно пахнущих газов.

Предыдущая