Загрязнение атмосферного воздуха Магнитогорска

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

загрязнение экологический атмосфера

Атмосферный воздух - один из важнейших жизнеобеспечивающих природных компонентов на Земле - представляет собой смесь газов и аэрозолей приземной части атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции планеты, деятельности человека и находящуюся вне пределов жилых, производственных и иных помещений. Последние полученные обобщения подтвердили чрезвычайную значимость атмосферы в функционировании биосферы и высокую ее чувствительность к различного рода загрязнениям. Именно загрязнения приземного слоя атмосферы - это самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на растения, животных, микроорганизмы; на все трофические цепи и уровни; на качество жизни человека; на устойчивое функционирование экосистем и биосферы в целом. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия компонентов биосферы, гидросферы и литосферы вблизи поверхности Земли.

Загрязнение атмосферы - это привнесение в атмосферу или образование в ней физико-химических соединений, агентов или веществ, обусловленное как природными, так и антропогенными факторами.

Проблема загрязнения атмосферы является самой актуальной экологической проблемой как в целом для России, так и для Челябинской области. Челябинская область, ее промышленные центры (Челябинск, Магнитогорск. Карабаш и др.) являются зоной экологических бедствий.

В данном исследовании мы обратились к изучению проблемы загрязнения атмосферного воздуха в г. Магнитогорске. Для Магнитогорска проблема экологии всегда воспринималась неоднозначно, зачастую становясь поводом для дискуссий и бурных споров. Одни говорят о том, что экологическая обстановка в городе критическая, а главным виновником считают ОАО «ММК». Другие, признавая актуальность проблемы загрязнения окружающей среды, доказывают, что ситуация меняется. Как бы не решался данный вопрос, г. Магнитогорск отнесен к зоне чрезвычайной экологической ситуации. Выбросы вредных веществ в атмосферу города металлургическим гигантом превышают предельно допустимые концентрации в десятки раз. Это обуславливает увеличение числа онкозаболевших среди жителей города, высокую смертность среди новорожденных, рост числа заболеваний, влияющих на репродуктивное здоровье людей.

Актуальность выделенной проблемы обусловили выбор темы исследования : «Загрязнение атмосферного воздуха в промышленной зоне г. Магнитогорска».

Объект исследования - загрязнение атмосферы как экологическая проблема. Предмет исследования - загрязнение атмосферного воздуха г. Магнитогорска.

Цель исследования - охарактеризовать специфику загрязнения атмосферного воздуха в промышленной зоне г. Магнитогорска.

Задачи исследования:

1) проанализировать научную литературу по проблеме исследования;

2) охарактеризовать основные изменения экосистемы планеты;

3) дать понятие «загрязнение атмосферы», выделить основные источники антропогенного загрязнения атмосферы;

4) представить общую характеристику экологического состояния Челябинской области и г. Магнитогорска;

5) оценить динамику загрязнения атмосферного воздуха г. Магнитогорска и его промышленной зоны.

Структура исследования. Курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы

Глава I. Загрязнение атмосферы как одна из важнейших экологических проблем современности

1.1 Деформация и разрушение экосистемы в XX

Стремительный рост численности человечества и его научно-технической вооруженности в корне изменили ситуацию на Земле. Если в недавнем прошлом вся человеческая деятельность проявлялась отрицательно лишь на ограниченных, хоть и многочисленных территориях, а сила воздействия была несравненно меньше мощного круговорота веществ в природе, то теперь масштабы естественных и антропогенных процессов стали сопоставимыми, а соотношение между ними продолжает изменяться с ускорением в сторону возрастания мощности антропогенного влияния на биосферу.

Опасность непредсказуемых изменений в стабильном состоянии биосферы, к которому исторически приспособлены природные сообщества и виды, включая самого человека, столь велика при сохранении привычных способов хозяйствования, что перед нынешними поколениями людей, населяющими Землю, возникла задача экстренного усовершенствования всех сторон своей жизни в соответствии с необходимостью сохранения сложившегося круговорота веществ и энергии в биосфере. Кроме того, повсеместное загрязнение окружающей нас среды разнообразными веществами, подчас совершенно чуждыми для нормального существования организма людей, представляет серьезную опасность для нашего здоровья и благополучия будущих поколений (23, с.7).

Сама жизнь заставляет обновить ранее полученные знания, которых стало совершенно недостаточно для обеспечения хотя бы повседневного самосохранения. Да и общечеловеческую задачу переустройства сложившегося уклада нельзя решить лишь только силами специалистов и облеченных государственными полномочиями институтов управления общественным развитием. Требуется широкое просвещение всего населения от мала до велика по многочисленным и весьма разнообразным вопросам, касающимся жизнедеятельности человека, устройства природных сообществ и всей биосферы, особенностей ряда веществ и процессов, а также отдельных технологий, - для того чтобы все общество было подготовлено к сознательному принятию радикальных необычных мер организационного, правового и экономического характера, обеспечивающих глобальную перестройку сложившегося природопользования и изменения научно-технического направления развития.

Особая роль в этом процессе отводится тем, чья повседневная профессиональная деятельность включена в гигантский механизм обеспечения человечества всем необходимым для существования. Поскольку перестройка хозяйственной деятельности весьма инертный процесс, то большое значение в нем приобретают усилия миллионов людей на своих рабочих местах и дома, стремящихся везде, где только возможно, хоть незначительно уменьшить негативное воздействие устаревших форм хозяйствования на природу. Для этого надо разбираться в экологии и охране природы, надо понимать, чем определяется экологическая безопасность (21, с.18).

Когда обсуждают проблемы глобальных изменений окружающей среды, то обычно начинают с изменений климата, которые представляются в качестве главных регистрируемых при наблюдениях сдвигах в окружающей среде в результате антропогенного воздействия. Действительно, в ХХ веке отмечается повышение среднеглобальной температуры у поверхности планеты, но вызвано ли это повышение и обусловлены ли его темпы хозяйственной деятельностью человека.

Прямого доказательства, полученного в результате наблюдений, пока нет. Климатическая система настолько сложна, что модельные расчеты изменений климата под воздействием сжигания ископаемого топлива и антропогенного выброса парниковых газов остаются не более чем возможными сценариями или предположениями, вероятность реализации которых не превышает 60 %, поскольку большая достоверность не достигается при использовании имеющихся моделей. Это дает повод ряду исследователей обосновывать тезис о незначимости антропогенного фактора для изменений климата со ссылками на некоторые периоды прошлого, когда подобные среднеглобальные температуры и темпы их изменения, как предполагают, достигались и были даже выше, а также на эпизоды голоцена, когда происходили быстрые и заметные колебания температуры на Земле, например, известный эпизод - ранний дриас. Однако имеются серьезные основания полагать, что «климатический скачок» раннего дриаса, обнаруженный на основе интерпретации изотопного состава ледяных кернов, может иметь совсем не климатическую причину, связанную с особенностями ледниковых покровов (21, с.20).

К этому можно добавить также вероятность того, что увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере вызывает не столько повышение среднеглобальной температуры, сколько «раскачку» климата, выведение его из состояния устойчивости доиндустриального периода с увеличением частоты экстремальных явлений и региональным перераспределением потоков тепла и влаги. Последнее положение еще больше увеличивает неопределенность в проблеме антропогенного изменения климата, и, поэтому, в дальнейшем факт потепления климата в XX веке здесь не будет использоваться как аргумент в пользу антропогенных глобальных изменений окружающей среды. К тому же станет ясно, что изменения климата могут быть только следствием более грандиозных и очевидных, непосредственно наблюдаемых и прямо связанных с хозяйственной деятельностью человека, глобальных изменений. Таким же очевидным следствием хозяйственной деятельности человека служит нарушение им на поверхности суши естестве экосистем, гигантские изменения, которые человек произвел на суше, в основном - в самых продуктивных экосистемах (18, с. 32).

Критериями для классификации степени нарушенности экосистем были (Hannah et al., 1994): для ненарушенных территорий - наличие естественных растительных покровов (естественных экосистем) и очень низкая плотность населения (менее 10 человек на 1 кв. км и менее 1 человека на 1 кв. км в пустынях, полупустынях и тундре); для частично нарушенных территорий - наличие сменяемых или постоянных сельскохозяйственных земель, вторичной, но естественно восстанавливающейся растительности повышенная плотность домашнего скота, превышающая возможности пастбищ, другие следы деятельности человека (например, вырубки леса) и невозможность отнесения к первому и третьему классам классификации; для нарушенных территорий - наличие постоянных сельскохозяйственных территорий и городских поселений, отсутствие естественной растительности, отличие существующей растительности от естественной растительности, присущей данному региону, проявления опустынивания и других видов постоянной деградации (Hannah et al., 1994). На основе этой классификации построена карта нарушений глобальной экосистемы человеком с разрешением 100 тыс. гектаров 918, с.34).

В наибольшей степени экосистемы разрушены в развитых странах - в Европе, Северной Америке и Японии. Здесь естественные экосистемы сохранились на небольших площадях, они представляют собой в основном небольшие пятна, окруженные со всех сторон нарушенными хозяйственной деятельностью человека территориями и поэтому подвержены сильному антропогенному давлению. В развитых странах значительная часть территории занята сельскохозяйственными землями, населенными пунктами и хозяйственной инфраструктурой, которые в сумме для большинства развитых стран занимают от 40 до 80% их территории (The environment…, 1992). Остальная часть территории этих стран представлена, как правило, вторичными или промышленно выращиваемыми лесами и водными объектами, которые обычно сильно загрязнены, закислены или эвтрофицированы.

Такое состояние с разрушением экосистем сложилось исторически. Экосистемы в Западной, Центральной и на юге Восточной Европы были разрушены еще в средневековье, когда интенсивно развивалось сельское хозяйство при быстром сведении лесов, вырубавшихся для пополнения сельскохозяйственных территорий, строительства домов и флота, получения древесного угля для выплавки железа. Известным примером служит Великобритания: развитие суконной промышленности требовало все больше шерсти, и пастбища для овец создавались за счет сведения лесов. Лес шел также на создание флота. Недаром известно выражение о Великобритании: «овцы съели Англию». С тех пор Великобритания преимущественно безлесная страна, леса сейчас занимают только 12 % ее территории, в основном в горах Шотландии (21, с.56).

Промышленная революция сохранила и усугубила процесс разрушения естественных экосистем в Европе, добавив в этот процесс мощный поток химических веществ. Это привело к деградации и изменению всего региона - воздушной, водной, почвенной среды - и оказало сильное давление на естественные и искусственные ценозы, а также на самого человека. В средние века и в период промышленной революции в ХVIII и ХIХ веках численность населения Земли увеличивалась в первую очередь за счет роста населения Европы, часть которого эмигрировала на другие континенты.

Развивающиеся страны с высокой плотностью населения и высоким уровнем рождаемости также внесли существенный вклад в разрушение экосистемы и дестабилизацию окружающей среды.

На суше Земли сформировалось три центра дестабилизации окружающей среды. В каждом из них сформировалось единое пространство с практически полностью разрушенными экосистемами площадью в несколько миллионов квадратных километров. Все они находятся в Северном полушарии. Североамериканский центр включает в основном США, частично Канаду и Мексику. Основными биогеографическими провинциями, разрушенными здесь человеком, являются: восточные леса и прерии, а также горные экосистемы (Hannah et al., 1994). Общая площадь территории, на которой сохранилось меньше 10 % площади, занятой естественными экосистемами, превышает 6 млн. кв. км.

Европейский центр дестабилизации окружающей среды включает Западную, Центральную и Восточную Европу (в последнюю входят республики бывшего СССР, в том числе страны Балтии) без Скандинавии и значительную часть Европейской территории России. Здесь разрушены или антропогенно изменены лесные экосистемы и степи всех биогеографических провинций, на территориях которых сохранилось не более 1 - 8 % естественных экосистем (Hannah et al., 1994). Общая площадь этого центра превышает 7 млн. кв. км.

Азиатский центр включает страны субконтинента Индостан, Цейлон, Малайзию, Бирму, Индонезию (без о. Суматры), Китай с Тайванем (за исключением Тибета и пустынь Такла-Макан и Гоби), Японию, Корейский полуостров, Филиппины. Общая площадь этого центра превышает 7 млн. кв. км. Здесь сохранилось значительно меньше 5 % естественных экосистем.

Вместе с тем, в Северном полушарии сохранились и достаточно крупные единые территории с естественными экосистемами, которые можно назвать центрами стабилизации окружающей среды на суше. Крупнейшим центром стабилизации является Северный Евроазиатский. Он включает биогеографические провинции Скандинавии, Севера Европейской части России, значительную часть Западной Сибири, почти всю Восточную Сибирь и Дальний Восток за исключением южных районов. Площадь этого центра составляет примерно 13 млн. кв. км и включает около 9,5 млн. кв. км восточной евразийской и восточносибирской тайги, а остальную часть занимают лесотундра, высокоарктическая тундра и арктические пустыни. Другим центром является Североамериканский, занимающий Канаду и Аляску. Площадь центра превышает 9 млн. кв. км, из которых около 6,5 млн. кв. км занимают канадская и юконская тайга, а остальная часть относится к тундре и лесотундре (21, с.57-58)

В Южном полушарии также сохранилось два центра стабилизации. Южноамериканский центр включает Амазонию и прилегающие к ней территории, а также горные биогеографические провинции. Общая площадь центра приближается к 10 млн. кв. км, где значительную долю составляют тропические леса. Второй центр - Австралийский, включает территорию Австралии за исключением интенсивно освоенных Восточной и Южной частей. Площадь центра превышает 4 млн. кв. км, но почти половину его занимает Центральная пустыня.

Вне суши самым мощным центром стабилизации окружающей среды служит Мировой океан с его пока сохранившимися естественными экосистемами.

Все перечисленные глобальные изменения на суше нашей планеты зафиксированы как наземными, так и спутниковыми наблюдениями. Построены карты этих изменений и отрицать их антропогенный характер, как это делается в отношении климатических изменений, невозможно. Эти изменения нельзя не признать драматическими, к тому же с ними связан и ими обусловлен целый комплекс других изменений, начиная от генетических и до глобальных биогеохимических.

1.2 Антропогенное загрязнение атмосферы

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы - самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы.

Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение ее состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, пыль и аэрозоли. К последним относятся диспергированные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии (18, с.63).

К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие, способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид азота, галогенуглероды (фреоны), метан и тропосферный озон. Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории России составляет около 22 - 25 млн. т. в год. Объем этих выбросов за последние 10 лет ежегодно сокращается на 300 - 600 тыс. т. Сокращение выбросов обусловлено главным образом повсеместным спадом промышленного производства, особенно в добывающих и ресурсоперерабатывающих отраслях. Позитивную роль в этих условиях сыграла относительная стабильность добычи и использования газа - экологически чистого топлива.

Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха свидетельствуют о снижении средних концентраций взвешенных веществ, растворимых сульфатов, аммиака, бенз(а)пирена, сажи, сероводорода, формальдегида, вследствие спада производства и закрытия предприятий. При этом возросли средние концентрации диоксида азота, оксида углерода, сероуглерода, фенола, фторида водорода, что связано с неритмичностью работы предприятий. Отмечен также рост концентраций оксида углерода, диоксида азота и формальдегида на автомагистралях крупных городов и прилегающих к ним территориях (18, с.64).

Так, по данным наблюдений, за ряд лет в 254 городах России уровень загрязнения воздуха изменялся незначительно.

Среднегодовые концентрации взвешенных веществ (пыли), диоксида азота, фенола и фторида водорода достигали одного ПДК, сероуглерода превышали 2 ПДК, формальдегида - 3 ПДК, бенз(а)пирена - 1 ПДК и стандарт Всемирной организации здравоохранения - в 2,6 раза. Все загрязнители среды имеют конкретные источники выбросов. Большинство из них под воздействием природных факторов с течением времени, нейтрализуется или разрушается. В качестве примера на рис. 3.5 приведена схема загрязнения среды канцерогенным углеводородом (бенз(а)пиреном) и ее самоочищения (22, с.42).

Ежегодно при анализе информации о загрязнении атмосферного воздуха в приоритетный список городов вносятся города с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы. Например, при составлении такого списка за 1995 г. в связи с суровой зимой возросли концентрации бенз(а)пирена, вызванные выбросами от котельных и печного отопления. По сравнению с предыдущим годом отмечен рост средних концентраций бенз(а)пирена на 22%.

За счет загрязнения атмосферного воздуха этим веществом приоритетный список расширился, в него были включены 45 городов (в 1994 г. список содержал 38 городов). В Ангарске, Каменске-Уральском, Норильске, Омске, Ставрополе, Усолье-Сибирском уровень загрязнения воздуха продолжал расти.

Для загрязнений воздуха в городах, вошедших в список, характерны высокие концентрации специфических загрязняющих веществ. Почти в каждом городе наибольший вклад в загрязнение воздуха определяется концентрациями бенз(а)пирена, формальдегида, метилмеркаптана, сероуглерода, бензола и других веществ.

Основной вклад в высокий уровень загрязнения воздуха вносят предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а в некоторых городах и котельные. Из года в год возрастает загрязнение атмосферного воздуха веществами, характерными для автомобильного транспорта.

Основной причиной высокого загрязнения воздуха являются выбросы специфических веществ. Для принятия эффективных мер по улучшению качества атмосферного воздуха и выбросов промышленных предприятий и автотранспорта в городах, в первую очередь, бенз(а)пирена, формальдегида, аммиака, сероуглерода и других загрязняющих веществ, определяющих высокое загрязнение воздуха в городах и промышленных центрах, особое внимание следует уделять городам, которые впервые внесены в список городов с максимальными разовыми концентрациями загрязняющих веществ, превышающими 10 ПДК, и с наибольшим уровнем загрязнения воздуха (22, с.43).

Одним из основных загрязнителей атмосферы по массе является углекислый газ СО2. Вместе с кислородом он является биогеном атмосферы, который в основном контролируется биотой. В ХХ веке наблюдается рост концентрации углекислого газа в атмосфере, доля которого с начала века увеличилась почти на 25%, а за последние 40 лет - на 13%.

Кроме того, около 2% общей массы выбросов в атмосферу составили вредные вещества с высокой токсичностью (сероуглерод, фтористые соединения, бенз(а)пирен, сероводород и др.). Особенно велики промышленные выбросы от стационарных источников - предприятий черной и цветной металлургии в городах. Например, выбросы диоксида серы (млн. т./год): в Норильске - 2,4, Мончегорске - 0,2, Никеле - 0,19, Орске - 0,17; выбросы оксида углерода (млн. т/год): в Новокузнецке - 0,44, Магнитогорске - 0,43, Липецке - 0,41, Череповце - 0,4, Нижнем Тагиле - 0,3 и т.д. (22, с.44)

Из естественных и антропогенных источников в атмосферу ежегодно поступают сотни миллионов тонн аэрозолей. К естественным источникам относят пыльные бури, вулканические извержения и лесные пожары. Газообразные выбросы (например, SO₂) приводят к образованию в атмосфере аэрозолей. Несмотря на то, что время пребывания в тропосфере аэрозолей исчисляется несколькими сутками, они могут вызвать снижение средней температуры воздуха у земной поверхности на 0,1 - 0,3С⁰. Не меньшую опасность для атмосферы и биосферы представляют аэрозоли антропогенного происхождения, образующиеся при сжигании топлива либо содержащиеся в промышленных выбросах. Минеральный состав аэрозолей антропогенного происхождения многообразен: оксиды железа и свинца, силикаты, сажа. Они содержатся в выбросах предприятий теплоэнергетики, черной и цветной металлургии, стройматериалов, а также автомобильного транспорта. Пыль, осаждающаяся в индустриальных районах, содержит до 20% оксида железа, 15% силикатов и 5% сажи, а также примеси различных металлов (свинец, ванадий, молибден, мышьяк, сурьма и т.д.). В выбрасываемых в атмосферу аэрозолях присутствуют также хлор, бром, ртуть, фтор и другие элементы и соединения, опасные для здоровья человека.

Концентрация аэрозолей меняется в весьма широких пределах: от 10 мг/м₃ в чистой атмосфере до 2,10 мг/м³ в индустриальных районах. Концентрация аэрозолей в индустриальных районах и крупных городах с интенсивным автомобильным движением в сотни раз выше, чем в сельской местности. Среди аэрозолей антропогенного происхождения особую опасность для биосферы представляет свинец, концентрация которого изменяется от 0,000001 мг/м³ для незаселенных районов до 0,0001 мг/м³ для селитебных территорий. В городах концентрация свинца значительно выше - от 0,001 до 0,03 мг/м³ (17, с. 89).

Аэрозоли загрязняют не только атмосферу, но и стратосферу, оказывая влияние на ее спектральные характеристики и вызывая опасность повреждения озонового слоя. Непосредственно в стратосферу аэрозоли поступают с выбросами сверхзвуковых самолетов, однако имеются аэрозоли и газы, диффундирующие в стратосфере.

Основной аэрозоль атмосферы - сернистый ангидрид (SO2), несмотря на большие масштабы его выбросов в атмосферу, является короткоживущим газом (4 - 5 суток). По современным оценкам, на больших высотах выхлопные газы авиационных двигателей могут увеличить естественный фон SO₂ на 20%. Хотя эта цифра невелика, повышение интенсивности полетов уже в ХХ веке может сказаться на альбедо земной поверхности в сторону его увеличения. Выбросы SO₂ в приземном слое могут увеличить оптическую толщину атмосферы в видимых частях спектра, что приведет к некоторому уменьшению поступления солнечной радиации в приземном слое воздуха. Таким образом, климатический эффект выбросов SO₂ противоположен эффекту выбросов СО₂, однако быстрое вымывание сернистого ангидрида атмосферными осадками значительно ослабляет в целом его воздействие на атмосферу и климат. Ежегодное поступление сернистого газа в атмосферу только вследствие промышленных выбросов оценивается почти в 150 млн. т. В отличие от углекислого газа сернистый ангидрид является весьма нестойким химическим соединением. Под воздействием коротковолновой солнечной радиации он быстро превращается в серный ангидрид и в контакте с водяным паром переводится в сернистую кислоту. В загрязненной атмосфере, содержащей диоксид азота, сернистый ангидрид быстро переводится в серную кислоту, которая, соединяясь с капельками воды, образует так называемые кислотные дожди (14, с. 31).

На практике для определения степени загрязнения атмосферного воздуха используют два норматива: предельно допустимая концентрация среднесуточная (ПДКсс) - для оценки осредненных за продолжительный период (от суток до года) концентраций и ПДКмр - для оценки непосредственно измеренных максимальных разовых концентраций химического вещества в воздухе населенных мест (при 20-минутной экспозиции).

Контроль загрязнения атмосферы на территории России осуществляется почти в 350 городах. Система наблюдения включает 1200 станций и охватывает почти все города с населением более 100 тыс. жителей и города с крупными промышленными предприятиями.

Максимальные разовые концентрации таких загрязнителей воздуха, как пыль, оксид углерода, диоксид азота, аммиак, сероводород, фенол, фторид водорода, превышают соответствующие ПДКмр более чем в 75% городов, контролируемых по каждой примеси. Во многих городах зарегистрировано превышение загрязнений в 5 - 10 раз и более, при этом воздух загрязнен сразу несколькими вредными веществами. К числу таких наиболее загрязненных городов относятся: Березники, Братск, Екатеринбург, Красноярск, Липецк, Магнитогорск, Москва, Новокузнецк, Норильск, Череповец и многие другие.

Более 50 млн. человек испытывают воздействие различных вредных веществ, содержащихся в воздухе в концентрациях, равных 10 ПДК, а свыше 60 млн. человек подвергаются воздействию вредных веществ, концентрация которых превышает 5 ПДК (20, с.55).

На загрязнение воздушного бассейна большое влияние оказывает выпадение кислотных соединений. Сегодня серно- и азотокислотные осадки выпадают на значительных территориях Российской Федерации. Как правило, они образуются в зоне действия предприятий цветной металлургии и химической переработки сернистого газового конденсата, а также на траекториях переноса воздушных масс от этих предприятий. Так, в районе Норильска сернокислотные осадки отравили тундру, озера и животный мир на многие сотни километров вокруг. Сернокислотные выбросы предприятий Норильска доносятся с дождями до Канады.

Глава II. Особенности загрязнения атмосферного воздуха в промышленной зоне г. Магнитогорска

2.1 Общая характеристика экологического состояния Челябинской области и г. Магнитогорска

В сегодняшнем мире все большее значение приобретает качество природной среды - чистая вода, воздух, ненарушенные ландшафты, восстановительный потенциал природы. В силу своей ограниченности качество природной среды в ближайшем будущем будет цениться более всего. По состоянию окружающей среды Челябинская область одна из самых неблагополучных среди регионов России, занимая по уровню антропогенной нагрузки на атмосферу и водную среду ведущее место в стране, уступая лишь Кемеровской и Свердловской областям. Загрязнение природной среды, антропогенные изменения природных компонентов приводят к процессам деградации геосистем, к формированию экологически кризисных зон, неблагоприятных и даже опасных для проживания людей. Важнейшей особенностью нашей области является высокая концентрация производства на сравнительно небольших площадях. На менее 10% территории области сконцентрировано 83% населения, более 80% промышленной продукции, производящей до 90% атмосферных и 75% гидросферных загрязнений. Экологическая ситуация в области в значительной степени связана с преобладанием в экономике промышленности с однобокой специализацией на экологически «грязных» производствах металлов и средств производств, с созданием на ее территории военно-промышленного комплекса. В значительной степени именно из-за ВПК территория области терпит экологическое бедствие. Концентрация промышленного производства в Челябинской области превышает средний уровень по Российской Федерации в несколько раз (22, с.59).

Промышленные центры области: Челябинск, Магнитогорск, Златоуст, Миасс, Карабаш, Касли и другие города - насыщены предприятиями, которые в силу особенностей используемых технологий наносят наибольший урон природной среде 65% территории области. Удельный вес экологически «грязных» производств в структуре промышленности составляет 67,7%. Экологическая ситуация ухудшается также из-за значительного износа основных производственных фондов, устаревающего оборудования. К промышленному загрязнению (а это 23 000 стационарных загрязнителей, из-за которых более 600 имеют значительные выбросы, и 720 000 передвижных) окружающей среды следует добавить сельскохозяйственное и транспортное. Несмотря на то, что за последние годы произошло сокращение объемов производства продукции и потребления сырья, уровень загрязнения окружающей среды не уменьшился пропорционально спаду производства. Статистические данные о поступлении вредных веществ в окружающую среду свидетельствуют об относительном росте уровня загрязнения среды в условиях спада производства, и острота экологической обстановки не уменьшается. За многие годы в области скопилось более 240 млн т промышленных токсичных отходов, что равняется 15,1% общероссийских. Это и вывело нашу территорию в «лидеры» (22).

Один из важнейших и самых подвижных компонентов окружающей среды человека - атмосфера - наиболее подвержен антропогенному загрязнению. Набор загрязняющих ее вредных веществ огромен - сотни названий. Челябинская область занимает третье место в России по объемам выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных источников (6,5% общероссийского объема). В 1998 г. эти выбросы составили 1360,5 тыс. т, что на 48 % превышает предельно допустимые (ПДВ). Преобладающая часть их приходится на предприятия черной и цветной металлургии (около 50%), энергетики (33%) и машиностроения.

Наиболее загрязнен атмосферный воздух крупнейших промышленных центров области: Челябинска, Магнитогорска (превышение ПДВ - 158%), Троицка (58%) и Аши (246%), В. Уфалея (72%). Всего на предприятиях находится в эксплуатации свыше 6000 очистителей газа, из них около 40% установок физически и морально устарели, 12% эксплуатируется в неисправном состоянии. В результате степень очистки не превышает 91%. Огромное количество (24%, а в 1998 г. - 28,2% от общего объема) выбросов поступает в воздушный бассейн от автомобильного транспорта. Сельскохозяйственное производство - пыль, выхлопные газы сельскохозяйственной техники, дымы от сжигания различных отходов - также загрязняет атмосферу. Свою долю в загрязнение вносит и жилищно-коммунальное хозяйство, основным источником которого являются котельные. Главным направлением борьбы с загрязнением атмосферы является уменьшение и полное прекращение выбросов загрязняющих веществ, а также озеленение территорий. Так, за последние 10 лет сократились выбросы от предприятий энергетического комплекса, благодаря переводу ряда станций с твердого и жидкого топлива на газ (Аргаяшской ГРЭС, Южноуральской ГРЭС и др.). Проектируется газификация и крупнейшего энергетического объекта - Троицкой ГРЭС (17, с.19).

Территория Челябинской области относится к самой не обеспеченной водой. Ресурсы поверхностных вод области составляют всего 6,8 млн м3 в год, в пересчете на одного жителя это в 16 раз меньше, чем в среднем по России, и в 4,5 и в 3 раза, чем в соседних Свердловской и Оренбургской областях. По объемам сброса загрязненных сточных вод в реки и озера область занимает восьмое место в стране, что составляет 3% от общероссийского уровня. По гидрохимическому состоянию поверхностных вод территория области относится к наиболее напряженной группе в Российской Федерации. Особо следует отметить, что за последние 30 лет площадь загрязнения поверхностных вод фтором увеличилась в 3,5 раза, что связано с выбросами фтора предприятиями энергетики и радиохимического производства ПО «Маяк».

Основную массу поступления загрязняющих веществ в водные объекты области дают предприятия жилищно-коммунального хозяйства, металлургического комплекса, энергетики и машиностроения, животноводческие фермы, горючезаправочные пункты. Из общего объема сточных вод, 875 млн куб. м, в 1998 г. загрязненные составляли 82%. В то же время мощность очистных сооружений перед сбросом в водные объекты составляет только 675 млн. куб. м, или 72,7 % от общего объема сбросов. Из 174 очистных сооружений только 7 обеспечивают очистку сточных вод до нормативных показателей. В результате все водные источники области значительно загрязнены, в том числе в реке Урал, с превышением предельно допустимых концентраций по отдельным веществам в 3-7 раз, в реке Миасс - до 10-18 раз. Река Миасс стала самой грязной рекой в области, утратила свое рыбохозяйственное значение, ее способность к самоочищению практически исчерпана.

Высокий уровень хозяйственного освоения территории области: промышленный, транспортный, строительный, а также сельскохозяйственный - привел к нарушению значительной части земельных ресурсов. Около 1/3 сельскохозяйственных земель, а это 1,3 млн га, отнесены к эрозионно опасным, подвержены процессам деградации и теряют плодородие. Вследствие ежегодной вырубки, пожаров, невысокой эффективности лесовосстановительных работ ослабляются средозащитные функции лесов. Более половины земель (56%) загрязнены отходами производства, в том числе тяжелыми металлами и радионуклидами. Из сельскохозяйственного использования вследствие радиоактивного загрязнения было в свое время изъято 36 761 га земель, из них около 1/3 уже используется, кроме площадей с максимальным уровнем загрязнения (8 тыс. га в пойме реки Теча и 16,7 тыс. га на территории Восточно-Уральского государственного заповедника) (10, с.95).

Под вскрышными породами, некондиционными рудами, хвостами обогащения, шлаками занято 22,8 га ценных земель. Значительные земельные площади заняты свалками твердых бытовых отходов. В области 167 санкционированных и более 500 несанкционированных свалок. Растут их площади (3725,7 га) и объемы, нанося существенный экологический урон. Рекультивацией этих свалок мало кто занимается. Система переработки разного рода отходов пока развита слабо. В ряде городов имеются предприятия по переработке и утилизации отходов. С 1994 г. в Челябинске работает ТОО «Мериз» по утилизации ртутных ламп. Отходы ТЭЦ используются для выработки кирпичей на заводе эффективного силикатного кирпича, где в 1998 г. произведено 93,2 тыс. т зольного кирпича). Возросли показатели утилизации отходов металлургического комплекса-в 1998 г. она достигла 77,8%. В Магнитогорске пущен в эксплуатацию завод АО «Трейдметинвест» мощностью 1,8 млн. т в год по переработке шлака. Аналогичное предприятие - на карьере Малый Куйбас. В городе Сатка на базе металлургического завода организована утилизация шлаков доменного производства. «Мечел» приступил к переработке молибденовых шлаков ЧЭМК с извлечением из них молибдена и вольфрама.

Несмотря на количественное снижение загрязнения и начало переработки отходов металлургии и энергетики, а также деятельность природоохранительных органов, экологическая ситуация принципиально не изменилась.

Резко ухудшают экологическую ситуацию катастрофы и чрезвычайные происшествия, связанные, в первую очередь, с деятельностью химкомбината «Маяк» в Озерске, единственного в стране комплекса по переработке ящерного топлива АЭС, в том числе зарубежных, и ядерных установок Российского атомного флота. Опасность радиоактивного загрязнения люди стали осознавать лишь после Чернобыльской трагедии, после того, как была частично снята завеса секретности и над другими, более ранними событиями. В сороковые годы и позже на Урале, в том числе в Челябинской области, были размещены оборонные отрасли, связанные с ядерным вооружением, с внедрением новых ядерных технологий в энергетике. При решении задач выработки ядерного топлива возникли проблемы утилизации ядерных отходов, что привело к радиоактивному загрязнению территории. Наиболее крупные загрязнения произошли в период с 1949 по 1952 гг., когда в результате несовершенства технологического цикла с промышленных площадок комбината «Маяк», где осуществлялось производство бомбового плутония, было сброшено около 3 млн кюри радионуклидов (главным образом в реку Теча). Живущие по берегам реки 124 тыс. человек подверглись повышенному уровню радиации. Часть населения была эвакуирована сразу, но большая часть только после 1960 г. Населению не запрещалось пользоваться водой до 1953 г. По данным докладов института биофизики, забор воды производился до 1956 г. Радиоактивные вещества по рекам Теча, Исеть, Тобол, Иртыш дошли до Северного Ледовитого океана (10, с.96).

В результате термического взрыва 29 сентября 1957 года в храниплище жидких радиоактивных отходов химкомбината «Маяк» было выброшено в атмосферу 20 млн кюри. Из них 90% осело вблизи источника на его промышленных площадях, а 2 млн рассеяно в виде облака, вытянувшегося в северо-восточном направлении (районы Челябинской и Свердловской областей). Вследствие осаждения радионуклидов из облака произошло радиоактивное загрязнение всех объектов окружающей среды. Эта загрязненная территория получила название ВУРС (Восточно-Уральский радиоактивный след). Максимальная длина следа составила 300 км при ширине 5-11 км. В зону заражения попало 217 деревень и поселков, облучено 272 тыс. человек. Наибольшему загрязнению подверглись Каслинский, Кунашакский и Аргаяшский районы, откуда в разные сроки после аварии были выселены 17 тыс. человек из 23 сел. Третья катастрофа была следствием пересыхания из-за необычайно жаркого лета 1967 г. открытого хранилища радиоактивных отходов - озера Карачай. Это озеро первоначально было болотом, но в результате многолетних сливов жидких радиоактивных отходов - с 1951 до 1957 г., пока для них не было построено хранилище, превратилось в озеро. Радиоактивные иловые отложения озера ветровым потоком были разнесены на расстояние до 75 км. (8, с.2)

Загрязнение в основном наложилось на территорию аварии 1957 г. Облучению подверглись 42 тыс. человек из 63 населенных пунктов. Опасная радиационная обстановка в регионе обусловлена тем, что в зоне междуречья Теча-Мишеляк, площадью около 40 км², находится основная часть отходов радиохимического производства: более 200 могильников твердых отходов, часть которых остеклована; спецхранилища высокоактивных осадков жидких отходов; захоронения в емкостях высокоактивных жидких отходов. В озере Карачай, объемом 0,4 млн м³, накоплено 120 млн ки, а в озере Старое Болото, объемом 0,3 млн м³, - примерно 2 млн ки (3, с.25).

В результате загрязнения территории для населения Южного Урала характерна повышенная поражаемость различными заболеваниями. Так, если заболеваемость раком по стране в среднем составляет 129 случаев на 100 тыс. человек, в Семипалатинске (район полигона ядерных испытаний) - 186, в Челябинской области 291, а в Карабаше 338 случаев. На 41% увеличилась заболеваемость лейкозами среди 17 тыс. человек, наблюдаемых с 1950 г. Зарегистрирован рост общей смертности на 17-24

По состоянию эколого-экономического положения Челябинской области можно выделить четыре типа районов.

Первый тип: малоосвоенные территории и территории с повышенным удельным весом особо охраняемых природных ландшафтов, которые практически не затронуты загрязнениями человеческой деятельности. Сюда относятся районы Южноуральского высокогорья и Таганайско-Ильменский.

Второй тип: территории с относительно равномерным сельскохозяйственным освоением, слабо индустриализированные. В них экологические проблемы связаны с экстенсивным ведением сельского и лесного хозяйств. Сюда относятся Предгорный, Урало-Тобольский и Октябрьский районы.

Третий тип: высокоурбанизированные территории с комплексным нарушением природной среды, приближающиеся к порогу необратимых изменений. Сюда относятся Горно-заводский, Челябинский, Магнитогорский и Троицкий районы.

Четвертый тип: территории с наиболее острой экологической ситуацией, зоны экологического бедствия с реальной угрозой ускоренной депопуляции населения. Это Синарско-Теченский район (3, с.26).

Обратимся к характеристике экологической ситуации в г. Магнитогорске.

Город Магнитогорск расположен в юго-восточной части Челябинской области, на восточном склоне Уральских гор, в верхнем течении реки Урал. Местность, окружающая город со всех сторон степная, среднехолмистая. Природных лесов в радиусе 20 км нет.

Магнитогорск - крупный промышленный центр, второй по величине город Челябинской области. Население города составляет более 400 тыс. человек, территория - 375 кв.км. Река Урал делит территорию города на Правобережную часть, где проживает около 85% населения, и Левобережную, где проживает около 15% населения и размещаются крупные промышленные предприятия (металлургический комбинат с полным металлургическим циклом, калибровочный, метизно-металлургический заводы и др.). В Магнитогорске - 37 промышленных предприятий, 25 строительных, 6 крупных автотранспортных объединений и других, в общем около 100. И понятно, что для жителей города самыми болезненными по-прежнему остаются вопросы экологии.

По данным Госкомгидромета, индекс загрязнения атмосферы по городу самый высокий в Уральском регионе. Для сравнения: этот индекс меньше в Нижнем Тагиле в 2,2 раза, в Екатеринбурге - в 1,9, в Челябинске - в 2,8. Основная причина возникновения проблемы отходов - деятельность Магнитогорского металлургического комбината (ММК). Производства ММК дают 98% поступления в атмосферу загрязняющих веществ от предприятий города - 274 тыс. т ежегодно, или около 1/5 выбросов по области.

Основной источник загрязнения воздуха в металлургическом производстве после подразделений электроснабжения - агломерационные фабрики. При агломерации руды выброс диоксида серы составляет 190 кг на 1 т руды. Одна агломерационная ленточная машина дает около 700 т сернистого газа в сутки! Содержание диоксида серы в выбросах может составлять от 500 до 1500 мг/м^З. Кроме того, в воздух поступает значительное количество оксида углерода и пыли. При производстве окатышей в процессе агломерации воздух загрязняется отходящими газами, содержащими пыль из оксидов железа (91,5%), марганца, кальция, магния, алюминия, кремния, титана, ванадия, фосфора, натрия, калия (8, с.15).

В коксохимическом производстве при коксовании 1 тонны угля образуется 300-320 м^З коксового газа. В его состав входят водород (50-62%), метан (20-34), оксид углерода 4,5-4,7), диоксид углерода (1,8-4), азот (5-10), углеводороды (2-2,6), кислород (0,2-05%). Около 8% коксового газа поступает в атмосферу вследствие потерь во время загрузки и выгрузки печей и негерметичности аппаратуры (а при нарушении режима и того более).

Доменное производство имеет несколько источников загрязнения воздуха, главный из которых - материал, загружаемый в доменную печь (руда, агломерат, окатыш), шлакообразующих присадок и топлива доменных печей (кокс). Главный побочный продукт - газ. На тонну загруженного кекса доменная печь выделяет до 4000 м^З газа (12% диоксида углерода, 28% оксида углерода, 2,4% водорода, 57,6% азота). Вместе с доменным газом в атмосферу в небольших количествах выбрасываются также соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов, смолистые вещества (8, с.16).

В загрязнении атмосферы значительна роль выбросов мартеновских и конверторных сталеплавильных цехов. В мартеновском процессе пыль образуется из металлической шихты и при ее окислении, из шлака руды, известняка и окалины, из доломита. Мартеновская пыль состоит из триоксидов железа (67%) и алюминия (11,7%). Концентрация пыли в среднем 0,5 г/м^З (при подачи кислорода -15,5 г/м^З). Отходящие газы мартеновских печей содержат до 60 кг оксида углерода и до 3 кг диоксида серы на 1 т выдаваемой стали. Дымовые газы - основной источник загрязнения. В конверторном производстве концентрация пыли в отходящих газах составляет примерно 15 г/м^З. Магнитогорск включен в список городов России с выбросами вредных веществ более 200 тыс.т/год.

Несмотря на снижения объемов выбросов за последние 10 лет на 65%, возросли приземные концентрации оксида углерода, двуокиси азота, сернистого ангидрида, фенола, бенз(а)пирена и других токсичных веществ. Текущий выход отходов производства составляет около 24 млн т/год, из них утилизуется около 46%. Остальное складируется в шлакохранилищах, где на площади 200 га накоплено более 100 млн т шлаков (16, с.2).

Наблюдается ухудшение качества воды, что вызвано накоплением больших объемов токсичных донных осадков и снижением естественных способностей реки Урал к самоочищению. Загрязнение реки происходит не только из-за сброса промышленных стоков от металлургических и горно-обогатительных предприятий, расположенных в верховьях реки, а также за счет шлаковых отвалов и шламохранилищ (только металлургический комбинат ежегодно складирует более 104 м³ шламовой пульпы).

Работники Магнитогорского межрайонного государственного комитета по охране окружающей среды ведут постоянный контроль за состоянием воды в р. Урал во всех установленных оперативных и постоянных стволах (места взятия пробы воды). Состояние верховья реки Урал (выше г. Верхнеуральска) стабильное. Содержание азота нитратов снижено с 0,06 мг/л до 0,03 мг/л, азота аммонистого - с 0,4 мг/л до 0,27 мг/л. Фоновое содержание меди и цинка осталось на прежнем уровне и составляет 2-3 ПДК.

Исследования грунта показали, что в грунте значительное превышение ПДК: мышьяк - от 21 до 155,4 раза; никель - 2 - 43 раза; бенз(а)пирен - 33 - 87 раза; а в загородной зоне -1,5 до 45 раз. В год предприятия нашего города выбросили в атмосферу 296 тыс.т вредных веществ, из них на долю транспорта пришлось 55,2 тыс. т. Не для кого не секрет, что главный загрязнитель окружающей среды - это ОАО ММК. Комбинат - заложник старой технологии производства, несовершенных методов очистки выбросов. За последние годы производство на комбинате сократилось. Не работает многие мартеновские и доменные печи, что благотворно действует на окружающую среду. Ведь из-за этого выброс вредных веществ в атмосферу сократился на 22%, потребление свежей воды в производстве на 18 %, сброс загрязненных сточных вод на 12%.

Несмотря на это, стабильно выше среди российских городов выглядит заболеваемость и смертность в Магнитогорске. Влияние экологической ситуации на здоровье жителей Магнитогорска в первую очередь определяется уровнем смертности и продолжительности жизни людей. В Магнитогорске высокий уровень смертности с тенденцией к росту; низкий уровень рождаемости, показатели которой имеют незначительную тенденцию к росту, но естественная убыль населения остается высокой (табл. 1).

Средний возраст умерших мужчин в городе - 57,8 лет, женщин - 70,3 года. Доля трудоспособного населения в структуре смертности населения - 33,6%. Смертность мужчин трудоспособного возраста в 4 раза выше смертности женщин. Средняя продолжительность предстоящей жизни в г. Магнитогорске составляет 64,0 года (2003).

Таблица 1 Медико-демографические показатели в г. Магнитогорске, 1980-2003гг.

Когда речь идет о качестве экологической среды, о предупреждении экологически обусловленных заболеваний, во всех развитых странах мира определяют показатель предстоящей продолжительности жизни (ПППЖ) и риск здоровью от факторов окружающей среды с последующей разработкой комплекса мер, направленных на снижение риска.

ПППЖ жителей г. Магнитогорска, родившихся в 2001 г. составил 62, 9 ± 0,6 лет, по России 65 лет (10, с.101).

На фоне глобальных экологических проблем в сложной экологической ситуации города, А.Г. Бурьяновой проводился мониторинг репродуктивных нарушений у детей, подростков и лиц трудоспособного возраста. Результаты многолетнего мониторинга показали следующие репродуктивные биоэффекты в городской популяции (2003 - 2004 гг.):

· высокая частота осложнений беременности и родов у работающих женщин (ежегодно от 35 до 44 абс. сл.);

· не снижается показатель перинатальной смертности (в % к числу родившихся живыми и мертвыми, среднегодовой показатель - 15,5%);

· отмечается рост врожденных пороков развития (ВПР) и врожденных аномалий (ВА) у детей и подростков и составляет, соответственно, 46,5 и 46,5 на 1000 населения;

· бесплодие 10,6 на 1000 женщин, не имеет тенденции к снижению;

· в структуре причин нарушений становления репродуктивной функции у девочек-подростков городской популяции на первом месте - это вредные условия труда родителей в период зачатия и беременности данным ребенком (9, с.10).

Признаки репродуктивных нарушений все чаще встречаются у детей и подростков в виде дисфункциональных маточных кровотечений, которые составляют более 50,0 % всех форм гинекологических заболеваний у девочек до 14 лет. Мониторинг врожденных аномалий у детей, проводимый Н.А. Антипановой с 1980 г. показывает ежегодное увеличение данной патологии, показатель врожденных аномалий на 1000 детей за этот период возрос более, чем в 2 раза, и составил в 2001 г. - 46,5 %, превышает таковой других городов до 4 раз.