2.2. Антропогенные источники загрязнения атмосферы

Под антропогенными источниками загрязнения атмосферы понимают технологическое оборудование (установки, агрегаты, стан­ки, машинные устройства и др.), выделяющее вредные вещества, а также технологический процесс или операцию (погрузку; выгрузку, разлив легколетучих веществ и др.), в ходе которых образуются и выделяются в атмосферу вредные вещества.

Антропогенные источники загрязнения атмосферы классифициру­ются по ряду признаков на основе технологического принципа. Суще­ствуют следующие разновидности антропогенных источников загрязнения атмосферы:

- стационарные - источники, координаты которых в процессе образования и выделения вредных веществ не меняются;

- подвижные - источники, координаты которых в процессе образования и выделения вредных веществ меняются;

- с организованными выбросами - источники с аспирационной системой, состоящей из устройств для отвода вредных веществ (мес­тных отсосов в виде зонтов, панелей всасывания, вытяжных шкафов и других приспособления для отвода загрязнителей от технологического оборудования), системы транспортировки (газоходов, венти­ляционных воздуховодов, коллекторов и др.), побудители движения газов (дымососов, вентиляторов, труб и шахт):

- с неорганизованными выбросами - источники без аспирационной системы, а также источники, имеющие оборудование и систему транспортировки, герметизация которых невозможна по технологи­ческим соображениям:

- оснащенные - источники со средствами защиты атмосферы -газоочистными и пылеулавливающими установками:

- неоснащенные - источники, вредные вещества от которых по­ступают в атмосферу без очисток.

Кроме того, все антропогенные источники загрязнения атмосфе­ры можно классифицировать по параметрам выбросов - низкие (с высотой дымовой трубы до 40 м) и высокие (с высотой дымовой тру­бы более 40 м); холодные (при разнице между выбросами газо-воздушной среды и окружающим атмосферным воздухом AT = 5 °С) и нагретые (при AT > 5 °С).

В настоящее время при рассмотрении проблем антропогенного загрязнения атмосферы основное внимание уделяется газам (оксид и диоксид углерода, оксиды серы, азота и др.). Однако кроме газов из антропогенных источников в атмосферу поступает большое количе­ство различных химических элементов в составе пылевой материи.

Загрязненность воздушного бассейна многих городов определя­ется наличием как вредных веществ (сернистый ангидрид, окись уг­лерода, двуокись азота и др.), так и специальных примесей (бензопирен, фторит водорода, тяжелые металлы, аммиак, формальдегид и др.)

К 2000 году городские жители составят половину населения Зем­ли, которое, по-видимому, достигнет 7 млрд. человек. Но уже сейчас город, особенно город-гигант, город - промышленный центр - источ­ник опасного загрязнения воздушного и водного бассейнов. Состав городского воздуха резко отличается от состава атмосферы, удален­ной на тысячи километров от промышленных регионов. Значитель­но возросшее содержание аэрозоля, окислов азота, окиси углерода, появление канцерогенных веществ, сложных органических соедине­ний, частиц свинца, ртути и других токсических металлов - все это характерно в той или иной мере для городского воздуха. Медицинс­кая статистика, которая отражает изменение качества воздуха, удручающая. Резко возросшее число сердечно-сосудистых и онколо­гических заболеваний, появление новых болезней, вызываемых, на­пример. выбросами заводов белково-витаминных концентратов, мас­совая смерть жителей при сильных смогах, замедленное развитие детского организма является прямым следствием прежде всего заг­рязненности воздуха городов.

К числу крупных источников загрязнения воздушного бассейна следует отнести также предприятия химической промышленности.

В городах одним из важных источников загрязнения воздуха яв­ляются выбросы, вызванные сжиганием мусора, которые из-за содер­жания большого количества высокотоксичных веществ, представля­ют серьезную экологическую опасность.

К источникам загрязнения воздуха следует отнести также тран­спорт. Особенно интенсивна работа транспорта в крупных городах, где выделяемые им газообразные и аэрозольные загрязняющие вещества стали настоящим экологическим бедствием. Наиболее опас­ными загрязнителями воздуха от работы транспортных средств счи­таются оксиды углерода, азота и серы, а также свинец, добавляемый в горючее в форме этилсвинца как антидетонатор. Количество выб­росов в атмосферу оксидов азота транспортными средствами зани­мает второе место (первое место занимают предприятия теплоэнер­гетики), причем в городах оно достигает 75 % от их суммарного выб­роса.

Суммарное влияние авиации на загрязнение атмосферы значитель­но меньше, чем автотранспорта, и составляет около 1,6 % от суммы всех выбросов, производимых транспортными средствами. Незначительное загрязнение атмосферы происходит во время запус­ка ракет и космических кораблей многоразового пользования.

Одним из факторов антропогенного воздействия на загрязнение атмосферы является сельское хозяйство, где основными загрязните­лями являются применяемые в порошках пестициды. Многие пести­циды обладают заметной летучестью, что способствует загрязнению атмосферы. Кроме того, при сжигании растительности на сельскохозяйственных угодьях помимо СО₂, - основного продукта сжигания биомассы, в атмосферу выделяется большое количество других газов: оксидов углерода, азота, метана и других углеводоро­дов.

В течение последних 20 лет внимание мировой общественности привлечено к проблеме стратосферного озона.

Большая часть озона содержится в нижней части стратосферы на высоте 10 - 30 км. Общее число молекул озона здесь все же не­значительно: до молекулы на миллион молекул воздуха. Но даже столь небольшое содержание озона является непреодолимой преградой для жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Возникший несколько миллиардов лет назад «озоновый щит» надежно защитил флору и фауну Земли от действия губительной солнечной радиации. Даже небольшие изменения слоя озона могут привести к многим тра­гическим последствиям, начиная от растущего числа раковых забо­леваний и кончая угнетением фотосинтеза растении, и, следователь­но, резким уменьшением производства кислорода лесами и фитопланктоном океана.

Вредные газы, попадая в стратосферу, уменьшают озоновый слой. Например, фреоны из аэрозольных баллончиков, выбросы которых в год на Земле достигают 10 млн. т, поднимаясь в стратосферу и распа­даясь под действием солнечного излучения, образуют хлор и его окис­лы. Эти газы, вступая в реакцию с озоном, интенсивно его уничто­жают.

Известно, что на протяжении всей истории Земли, климат на ней неоднократно изменялся. Существует много гипотез и теорий, связанных с изменением климата прошлого, начиная от изменения параметров орбиты планеты и кончая изменением других астрономических факторов. Палеоклиматология свидетельствует о том, что все изменения климата на Земле были достаточно медленными. Сейчас хозяйственная деятельность человека может радикально изменить климат в течение нескольких десятилетий. Широко известный парниковый эффект, связанный с накоплением в атмосфере прежде всего углекислого газа, обусловленным выбросами предприятиями, по оценкам климатологов в ближайшие десятилетия может увеличить среднегодовую температуру воздуха.

Наибольшая доля аэрозольных частиц приходится на продукты сгорания. Причем состав дымов при сжигании угля следующий: сажа 27-48 %, смола 1 %, зола 31 -62% . Зола представляет собой в основном соединения кремния и кальция. Аэрозоли индустриального происхождения сильно поглощают солнечную радиацию, в их состав входят также вредные для здоровья соединения свинца, цинка и канцерогенные вещества. По форме они представляют собой звез­дочки, иглы, пластины, рыхлые конгломераты.

Вредные действия дымовых и газовых выбросов осуществляются более остро при туманах, наличие примесей в тумане дополнительно ухудшает видимость, так как частицы дыма способствуют конденса­ции атмосферной влаги. Таким образом, отмечается взаимно усиливающееся действие туманов и дымов.

Смоги в Лондоне наблюдались в декабре-январе в утренние часы при штиле, температура воздуха от –1 до +4°Си относительная влаж­ность воздуха выше 85 %. Основными источниками загрязнения воз­духа, ответственными за появление этого смога, являются выбросы в атмосферу дымов и газов СО₂, СО, образующихся при сгорании угля и мазута. Растворение сернистого газа в каплях тумана приводит к образованию аэрозоля сернистой кислоты, которая по сравнению с сернистым газом обладает большей токсичностью. При ее наличии в атмосфере существенно усиливается коррозия металлических изде­лий.

Кроме того, сернистый газ, растворяясь в каплях тумана, зна­чительно быстрее, чем сернистый газ в газообразном состоянии, окис­ляется до сернистого ангидрида с последующим образованием сер­ной кислоты. Укрупняясь, капли тумана могут выпадать в виде моро­си, содержащей заметное количество серной кислоты. Последнее яв­ление получило название «кислотные дожди».

При смогах в Лос-Анджелесе, чаще всего наблюдавшихся в ав­густе-сентябре в середине дня, характерны скорость ветра менее 3 м/с, температура воздуха 24 – 32^оС, относительная влажность меньше 70 % и видимость 1,5-8 км. Причина - значительное загрязнение воз­духа автотранспортными выхлопами, которые в результате фотохи­мических реакций превращаются в аэрозоли.

Выделяют насколько групп фотохимических реакций при смоге, из которых главными исходными продуктами являются окислы азота, свободные радикалы и сернистый газ. Вес эти реакции происхо­дят под действием ультрафиолетового излучения Солнца, при суще­ствовании солнечной реакции у поверхности Земли, превышающей пороговый уровень, примерно равный 0,35 кВт/м. Практически все реакции осуществляются с участием озона, который образуется в ре­зультате преобразования других газов, чаще окислов азота.

Из сернистого газа в результате различных превращений с уча­стием кислорода и водяного пара образуется жидкий аэрозоль в виде капель серной кислоты. Взаимодействие SO₂, с NaCI приводит к по­явлению твердых частиц, содержащих хлористый натрий и сульфат натрия. При взаимодействии SО₂, и SO₃, с алюминием NH₃, образуется твердое вещество - сульфат аммония. Нитраты наряду с сульфатами могут содержаться и в солевых частицах. Таким образом, имеются различные реакции, которые могут приводить к появлению аэро­зольных частиц при смогах. Эти частицы высокодисперсионны и оп­тически активны, так как смог сопровождается сильным снижением дальности видимости, что, в свою очередь, связано со значительным рассеиванием солнечного излучения видимого диапазона длин волн.