Источники загрязнения воздуха

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Загрязнение воздуха
• 1.1 Источники загрязнения воздуха
• 1.2 Химическое загрязнение атмосферы
• 1.3 Аэрозольное загрязнение атмосферы
• 1.4 Фотохимический туман (смог)
• 2. Загрязнение атмосферы выбросами автотранспорта
• 2.1 Причины лесных пожаров
• 2.2 Меры по снижению выбросов
• 2.3 Атмосферная защита
• 2.4 Эффективность системы очистки газа
• 2.5 Методы очистки газовых выбросов в атмосферу
• 2.5 Охрана воздуха
• Заключение
• Список используемой литературы

Введение

Быстрый рост численности человечества и его научно-технического оснащения коренным образом изменил ситуацию на Земле. Если в недавнем прошлом вся деятельность человека негативно проявлялась только на ограниченных, хотя и многочисленных территориях, а ударной силой была несравненно менее мощная циркуляция веществ в природе, то теперь масштабы природных и антропогенных процессов стали сопоставимыми, а соотношение между они продолжают изменяться с ускорением, увеличивая силу антропогенного воздействия на биосферу.

Опасность непредсказуемых изменений в стабильном состоянии биосферы, к которой исторически адаптировались природные сообщества и виды, включая самого человека, настолько велика, сохраняя при этом обычные способы управления, что задача нынешних поколений людей, населяющих Землю, имеет задачу о срочном улучшении всех аспектов их жизни в соответствии с необходимостью сохранения установленного круговорота веществ и энергии в биосфере. Кроме того, широко распространенное загрязнение нашей окружающей среды различными веществами, иногда совершенно чуждыми нормальному существованию человеческого организма, создает серьезную опасность для нашего здоровья и благополучия будущих поколений.

1. Загрязнение воздуха

1.1 Источники загрязнения воздуха

Природные источники загрязнения включают извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень такого загрязнения считается фоновым, который мало меняется со временем.

Основным естественным процессом загрязнения поверхностной атмосферы является вулканическая и флюидная активность Земли. Крупные извержения вулканов приводят к глобальному и долгосрочному загрязнению атмосферы, о чем свидетельствуют хроники и современные данные наблюдений (извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году). Это связано с тем, что огромное количество газов мгновенно выбрасывается в высокие слои атмосферы, которые на большой высоте улавливаются высокоскоростными воздушными потоками и быстро распространяются по всему земному шару. Продолжительность загрязненного состояния атмосферы после крупных извержений вулканов достигает нескольких лет.

Антропогенные источники загрязнения обусловлены деятельностью человека. Они включают:

1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. тонн углекислого газа в год. В результате за 100 лет (1860 - 1960) содержание СО₂ увеличилось на 18% (с 0,027 до 0,032%). За последние три десятилетия темпы этих выбросов значительно возросли. На этом уровне, по 2000, Количество углекислого газа в атмосфере будет составлять не менее 0,05%.

2. Эксплуатация тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистого угля в результате выделения диоксида серы и мазута образуются кислотные дожди.

3. Выхлоп современного турбореактивного самолета с окислами азота и газообразным фтором углеводороды из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы (озоновая сфера).

4. Производственная деятельность.

5. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, упаковке и загрузке, от котлов, электростанций, шахт, карьеров при сжигании мусора).

6. Выбросы предприятиями различных газов.

7. Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется самый массивный загрязнитель - монооксид углерода.

8. Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств, сопровождающееся образованием оксидов азота, вызывающих смог.

9. Вентиляционные выбросы (шахты).

10. Выбросы вентиляции с чрезмерной концентрацией озона из помещений с высокоэнергетическими установками (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы) с ПДК в рабочих помещениях 0,1 мг/м³. В больших количествах озон является высокотоксичным газом.

В процессе сжигания топлива наиболее интенсивное загрязнение поверхностного слоя атмосферы происходит в мегаполисах и крупных городах, промышленных центрах из-за широкого распространения транспортных средств, ТЭЦ, котельных и других электростанций, работающих на угле, мазуте, дизельное топливо, природный газ и бензин. Вклад автотранспорта в общее загрязнение воздуха здесь достигает 40-50%. Мощным и чрезвычайно опасным фактором загрязнения атмосферы являются катастрофы на атомных электростанциях (авария на Чернобыльской АЭС) и испытания ядерного оружия в атмосфере. Это связано как с быстрым разделением радионуклидов на большие расстояния, так и с долговременным характером загрязнения территории.

Высокий риск химического и биохимического производства является потенциальной возможностью случайного выброса в атмосферу чрезвычайно токсичных веществ, а также микробов и вирусов, которые могут вызывать эпидемии среди населения и животных.

В настоящее время десятки тысяч антропогенных загрязнителей находятся в приземной атмосфере. В связи с продолжающимся ростом промышленного и сельскохозяйственного производства появляются новые химические соединения, в том числе высокотоксичные. Основными антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха, помимо крупнотоннажных оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи, являются сложные органические, хлорорганические и нитросоединения, техногенные радионуклиды, вирусы и микробы. Диоксины, бензо(а)пирен, фенолы, формальдегид, сероуглерод широко распространены в воздушном бассейне России. Твердые частицы представлены в основном сажей, кальцитом, кварцем, гидрослюдой, каолинитом, полевым шпатом, реже сульфатами, хлоридами. Оксиды, сульфаты и сульфиты, сульфиды тяжелых металлов, а также сплавы и металлы в естественном виде были обнаружены в специально разработанной снежной пыли.

В Западной Европе приоритет отдается 28 высокоопасным химическим элементам, соединениям и их группам. В группу органических веществ входят акрил, нитрил, бензол, формальдегид стирол, толуол, винилхлорид, неорганические - тяжелые металлы (As, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, V), газы (окись углерода, сероводород, оксиды азота и серы, радон, озон), асбест. Свинец и кадмий преимущественно токсичны. Интенсивный неприятный запах имеют сероуглерод, сероводород, стирол, тетрахлорэтан, толуол. Гало воздействия оксидов серы и азота распространяется на большие расстояния. Выше Эти 28 загрязнителей воздуха занесены в международный реестр потенциально токсичных химических веществ.

Основными загрязнителями воздуха в жилых помещениях являются пыль и табачный дым, окись углерода и двуокись углерода, двуокись азота, радон и тяжелые металлы, инсектициды, дезодоранты, синтетические моющие средства, лекарственные аэрозоли, микробы и бактерии. Японские исследователи показали, что бронхиальная астма может быть связана с наличием клещей в воздухе.

Атмосфера характеризуется чрезвычайно высокой динамикой, обусловленной как быстрым движением воздушных масс в боковом и вертикальном направлениях, так и высокими скоростями, различными физико-химическими реакциями, происходящими в ней. Атмосфера теперь рассматривается как огромный "химический котел", который находится под влиянием многочисленных и переменных антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, адсорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при попадании на поверхность могут загрязнять большие площади, проникая в организм человека через дыхательную систему.

Выявлена тенденция совместного накопления в твердых взвешенных частицах приземной атмосферы европейской части России свинца и олова; хром, кобальт и никель; стронций, фосфор, скандий, редкоземельные элементы и кальций; бериллий, олово, ниобий, вольфрам и молибден; литий, бериллий и галлий; барий, цинк, марганец и медь. Высокие концентрации тяжелых металлов в снежной пыли обусловлены как наличием их минеральных фаз, образующихся при сжигании угля, мазута и других видов топлива, так и сорбцией сажей глинистых частиц газообразных соединений, таких как галогениды олова.

Время жизни газов и аэрозолей в атмосфере варьируется в очень широком диапазоне (от 1 до 3 минут до нескольких месяцев) и зависит главным образом от их химической стабильности по размеру (для аэрозолей) и наличия реакционноспособных компонентов (озона, перекиси водорода, так далее).

Оценка и, кроме того, прогноз состояния приземной атмосферы являются очень сложной проблемой. В настоящее время ее состояние оценивается в основном с помощью нормативного подхода. Значения ПДК токсичных химических веществ и другие нормативные показатели качества воздуха приведены во многих руководствах и руководствах. В этом руководстве для Европы, помимо токсичности загрязняющих веществ (канцерогенных, мутагенных, аллергенных и других воздействий), учитывается их распространенность и способность накапливаться в организме человека и пищевой цепи. Недостатками нормативного подхода являются ненадежность принятых значений ПДК и других показателей из-за слабого развития их эмпирической базы наблюдений, отсутствия учета совокупного воздействия загрязняющих веществ и резких изменений состояния поверхности атмосферы, слой во времени и пространстве. Над воздушным бассейном имеется несколько стационарных наблюдательных пунктов, и они не позволяют адекватно оценить его состояние в крупных промышленных городских центрах. В качестве показателей химического состава поверхностной атмосферы можно использовать хвоя, лишайники, мхи. На начальном этапе выявления очагов радиоактивного загрязнения, связанного с чернобыльской аварией, были изучены хвои сосны, которые способны накапливать радионуклиды в воздухе. Покраснение хвои хвойных в периоды смога в городах широко известно.

Наиболее чувствительным и надежным индикатором состояния приземной атмосферы является снежный покров, который в течение достаточно длительного времени осаждает загрязняющие вещества и позволяет с помощью набора показателей определять местоположение источников выбросов пыли и газа. При выпадении снега загрязняющие вещества регистрируются, которые не фиксируются прямыми измерениями или расчетными данными о выбросах пыли и газа.

Перспективные направления оценки состояния приземной атмосферы крупных промышленно - урбанизированных территорий включают многоканальное дистанционное зондирование. Преимущество этого метода заключается в способности быстро, многократно и в "одном ключе" характеризовать большие площади. На сегодняшний день разработаны методы оценки содержания аэрозоля в атмосфере. Развитие научно-технического прогресса позволяет надеяться на развитие таких методов по отношению к другим загрязняющим веществам.

Прогноз состояния приземной атмосферы осуществляется по комплексным данным. Это, прежде всего, результаты мониторинга наблюдений, моделей миграции и трансформации загрязнителей, вещества в атмосфере, особенности антропогенных и природных процессов загрязнения воздуха на исследуемой территории, влияние метеорологических параметров, топографии и других факторов на распределение загрязняющих веществ в окружающей среде. Для этого эвристические модели разрабатываются для конкретного региона, чтобы изменить приземную атмосферу во времени и пространстве. Наибольшие успехи в решении этой сложной проблемы были достигнуты в регионах, где расположены АЭС. Конечным результатом таких моделей является количественная оценка риска загрязнения воздуха и оценка его приемлемости с социально-экономической точки зрения.

1.2 Химическое загрязнение атмосферы

Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение ее состава при получении примесей природного или антропогенного происхождения. Вещества-загрязнители бывают трех типов: газы, пыль и аэрозоли. К последним относятся дисперсные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней в течение длительного времени во взвешенном состоянии.

Основными загрязнителями атмосферы являются углекислый газ, угарный газ, двуокись серы и двуокись азота, а также мелкие газовые компоненты, которые могут влиять на температурный режим тропосферы: двуокись азота, галогенуглероды (фреоны), метан и тропосферный озон.

Основной вклад в высокий уровень загрязнения воздуха вносят предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, строительной промышленности, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а также в некоторых городах и котельных.

Источниками загрязнения являются тепловые электростанции, которые вместе с дымом выделяют в воздух диоксид серы и углекислый газ, металлургические предприятия, особенно цветную металлургию, которые выделяют оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка в воздухе; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для промышленных нужд, отопления домов, транспорта, сжигания и утилизации бытовых и промышленных отходов.

Атмосферные загрязнители подразделяются на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, возникающие в результате преобразования последних. Таким образом, газообразный диоксид серы, поступающий в атмосферу, окисляется до серного ангидрида, который реагирует с водяным паром и образует капли серной кислоты. Когда серный ангидрид взаимодействует с аммиаком, образуются кристаллы сульфата аммония. Аналогичным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязнителями и компонентами атмосферы образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, а также котельные, которые потребляют более 170% твердого и жидкого топлива, производимого ежегодно.

Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются:

а) Угарный газ. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. Он попадает в воздух в результате сжигания твердых отходов, выхлопных газов и промышленных выбросов. Ежегодно этот газ попадает в атмосферу не менее 250 миллионов тонн. Угарный газ - это соединение, которое активно реагирует с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете и создает парниковый эффект.

б) сернистый ангидрид. Он выделяется при сжигании серосодержащего топлива или при переработке серных руд (до 70 млн. Тонн в год). Некоторые соединения серы выделяются при сжигании органических остатков на шахтных свалках. Только в Соединенных Штатах общее количество диоксида серы, выброшенного в атмосферу, составило 85 процентов от общего объема глобальных выбросов.

в) серный ангидрид. Образуется при окислении диоксида серы. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву и усугубляет заболевания дыхательных путей человека. Потеря серного кислотного аэрозоля от дымовых шлейфов химических предприятий наблюдается при низкой облачности и высокая влажность. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также теплоэлектростанции ежегодно выбрасывают десятки миллионов тонн серного гидрида.

г) сероводород и сероуглерод. Они попадают в атмосферу отдельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выбросов являются предприятия по производству искусственного волокна, сахара, кокса, нефтеперерабатывающие, а также нефтяные месторождения. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями они подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

д) оксиды азота. Основными источниками выбросов являются предприятия-производители; азотные удобрения, азотная кислота и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 миллионов тонн в год.

д) соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла и керамики. сталь, фосфорные удобрения. Фторсодержащие вещества попадают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтористого водорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим действием. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

г) соединения хлора, Они попадают в атмосферу с химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизованный спирт, отбеливатель, соду. В атмосфере пары хлора и соляной кислоты находятся в виде примесей. Токсичность хлора определяется типом соединений и их концентрацией.

В металлургической промышленности при выплавке чугуна и обработке его на стали в атмосферу выбрасываются различные тяжелые металлы и токсичные газы. Таким образом, с точки зрения I т., Лимит чугуна, кроме 2,7 кг диоксид серы и 4,5 кг выбрасываются частицы пыли, определяющие количество мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смолистых веществ и цианистого водорода.

Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории России составляет около 22 - 25 млн. Тонн в год.

1.3 Аэрозольное загрязнение атмосферы

Сотни миллионов тонн аэрозолей ежегодно поступают из природных и антропогенных источников. Аэрозоли представляют собой твердые или жидкие частицы, взвешенные на воздухе. Аэрозоли делятся на первичные (выделяются из источников загрязнения), вторичные (образующиеся в атмосфере), летучие (переносятся на большие расстояния) и нелетучие (осаждаются на поверхности вблизи зон выбросов пыли и газа). Стабильные и мелколетучие аэрозоли - (кадмий, ртуть, сурьма, йод-131 и т.д.) Имеют тенденцию накапливаться в низинах, заливах и других впадинах рельефа, в меньшей степени на водоразделе.

Природные источники включают пыльные бури, извержения вулканов и лесные пожары. Газообразные выбросы (например, SO2) приводят к образованию аэрозолей в атмосфере. Несмотря на то, что время пребывания в тропосфере аэрозолей рассчитывается за несколько дней, они могут вызвать снижение средней температуры воздуха у земной поверхности на 0,1-0,3 °С. Не менее опасными для атмосферы и биосферы являются аэрозоли антропогенного происхождения, которые образуются при сжигании топлива или содержатся в промышленных выбросах.

Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. Около 1 куб. км пылевых частиц искусственного происхождения. Большое количество частиц пыли также образуется в процессе производственной деятельности людей. Информация о некоторых источниках промышленного пыль приведены в таблице 1,

Таблица 1

Производственные выбросы пыли, млн. Т / год
1. Сжигание угля 93,6
2. Плавление железа 20,21
3. Плавка меди (без очистки) 6.23
4. Плавление цинка 0,18
5. Плавление олова (без очистки) 0,00 4
6. Свинец плавления 0,13
7. Производство цемента 53,37

Основными источниками искусственного аэрозольного загрязнения воздуха являются тепловые электростанции, которые потребляют уголь с высоким содержанием золы, обогатительные фабрики и металлургические заводы, заводы цемента, магнезита и сажи. Аэрозольные частицы из этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железо, магний, марганец, цинк, медь, никель, свинец, сурьма, висмут, селен, мышьяк, бериллий, кадмий, хром, кобальт., молибден, а также асбест. Они содержатся в выбросах предприятий теплоэнергетики, черной и цветной металлургии, строительных материалов, а также автотранспорта. Пыль, осаждаемая в промышленных зонах, содержит до 20% оксида железа, 15% силикатов и 5% технического углерода, а также примеси различных металлов (свинец, ванадий, молибден, мышьяк, сурьма и т.д.).

Еще большее разнообразие характерно для органической пыли, в том числе алифатических и ароматических углеводородов, солей кислот. Образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются свалки промышленных отходов - искусственные кучи перераспределенных материалов, в основном вскрышных пород, образующихся при добыче полезных ископаемых или из отходов производственных предприятий и тепловых электростанций. Источником пыли и токсичных газов являются массивные взрывные работы. Таким образом, в результате одного взрыва средней массы (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тысяч кубометров. м окиси углерода и более 150 тонн пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения воздуха пылью. Основные технологические процессы этих отраслей - измельчение и химическая обработка шихты, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождаются выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

Концентрация аэрозолей варьируется в очень широких пределах: от 10 мг/м³ в чистой атмосфере до 2,10 мг/м³ в промышленных зонах. Концентрация аэрозолей в промышленных зонах и крупных городах с интенсивным движением в сотни раз выше, чем в сельской местности. Среди антропогенных аэрозолей свинец представляет собой особую опасность для биосферы, концентрация которой варьируется от 0,000001 мг/м³ для необитаемых районов до 0,0001 мг/м³ для жилых районов. В городах концентрация свинца значительно выше - от 0,001 до 0,03 мг/м³.

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

Основной аэрозоль атмосферы - диоксид серы (SO2), несмотря на большие масштабы его выбросов в атмосферу, является недолговечным газом (4 - 5 дней). По современным оценкам, на больших высотах отработавшие газы авиационных двигателей могут увеличить естественный фон SO2 на 20%. Хотя эта цифра невелика, увеличение интенсивности полетов в двадцатом веке может повлиять на альбедо земной поверхности в сторону ее увеличения. Ежегодное поступление диоксида серы в атмосферу только в результате промышленных выбросов оценивается почти в 150 миллионов тонн. В отличие от диоксида углерода, диоксид серы является очень нестабильным химическим соединением. Под воздействием коротковолновой солнечной радиации она быстро превращается в серный ангидрид и при контакте с водяным паром превращается в серную кислоту. В загрязненной атмосфере, содержащей диоксид азота, диоксид серы быстро превращается в серную кислоту, которая в сочетании с каплями воды образует так называемые кислотные дожди.

Атмосферные загрязнители включают углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, содержащие от 1 до 3 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими загрязнителями атмосферы после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций пероксидные соединения, свободные радикалы, углеводородные соединения с оксидами азота и оксидами серы часто образуются в виде аэрозольных частиц. При определенных погодных условиях в поверхностном воздушном слое могут образовываться особенно большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей. Это обычно происходит, когда в воздушном слое происходит инверсия непосредственно над источниками газопылевой эмиссии - расположение воздушного слоя более холодного воздуха под теплым воздухом, что предотвращает образование воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы концентрируются под инверсионным слоем, их содержание вблизи земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана,

1.4 Фотохимический туман (смог)

Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. Основными компонентами смога являются озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, которые в совокупности называются фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивное солнечное излучение и отсутствие ветра или очень слабый воздухообмен в поверхностном слое с высокой и высокой инверсией в течение по крайней мере одного дня. Стабильная безветренная погода, обычно сопровождаемая инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реактивных веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация приводит к расщеплению молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дает озон. Казалось бы, что последний, окисляя оксид азота, должен снова превратиться в молекулярный кислород, а оксид азота в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота реагирует с отработанными олефинами, которые расщепляются по двойной связи и образуют молекулярные фрагменты и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительное количество озона. Происходит циклическая реакция, в результате которой озон постепенно накапливается в атмосфере. Этот процесс останавливается ночью. В свою очередь, озон реагирует с олефинами. В атмосфере концентрируются различные пероксиды, которые образуют окислители, характерные для фотохимического тумана. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, характеризующихся их особой реакционной способностью. Такие смоги часто встречаются в Лондоне, Париже, Лос-Анджелесе, Нью-Йорке и других городах Европы и Америки. Из-за их физиологического воздействия на организм человека они чрезвычайно опасны для органов дыхания и кровообращения и часто являются причиной преждевременной смерти городских жителей со слабым здоровьем. Из-за их физиологического воздействия на организм человека они чрезвычайно опасны для дыхательной и кровеносной систем и часто являются причиной преждевременной смерти городских жителей со слабым здоровьем. Из-за их физиологического воздействия на организм человека они чрезвычайно опасны для дыхательной и кровеносной систем и часто являются причиной преждевременной смерти городских жителей, жители с плохим здоровьем.

Озоновый слой Земли - это слой атмосферы, тесно совпадающий со стратосферой, лежащий между 7-8 (на полюсах), 17-18 (на экваторе) и 50 км над поверхностью планеты и характеризуется повышенной концентрацией молекул озона, отражающих жесткую космическую радиацию, губительную для всего живого на земле. Его концентрация на высоте 20 - 22 км от поверхности Земли, где она достигает максимума, ничтожно мала. Эта натуральная защитная пленка очень тонкая: в тропиках ее толщина составляет всего 2 мм на полюсах он в два раза больше.

Озоновый слой, который активно поглощает ультрафиолетовое излучение, создает оптимальные световые и тепловые режимы земной поверхности, благоприятные для существования живых организмов на Земле. Концентрация озона в стратосфере является переменной, увеличиваясь от низких до высоких широт, и подвержена сезонным изменениям с максимумом весной.

Озоновый слой обязан своим существованием фотосинтетическим растениям (выделение кислорода) и воздействию ультрафиолетовых лучей на кислород. Он защищает всю жизнь на Земле от разрушительного действия этих лучей.

Предполагается, что глобальное загрязнение атмосферы определенными веществами (фреонами, оксидами азота и т.д.) Может нарушить функционирование озонового слоя Земли.

Основную опасность для атмосферного озона представляет группа химических веществ, объединенных термином "хлорфторуглероды" (ХФУ), также называемые фреонами. В течение полувека эти химические вещества, впервые полученные в 1928 считалось чудом - веществами. Они нетоксичны, инертны, чрезвычайно стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны при изготовлении и хранении. И поэтому сфера применения ХФУ динамически расширяется. В массовом масштабе они стали использоваться в качестве хладагентов при изготовлении холодильников. Затем они стали использоваться в системах кондиционирования воздуха, и с началом всемирного аэрозольного бума они стали самыми распространенными. Фреоны оказались очень эффективными для мытья деталей в электронной промышленности, а также нашли широкое применение в производстве пенополиуретанов. Пик их мирового производства пришелся на 1987 - 1988 гг. И составил около 1,2 - 1,4 млн. Тонн в год, из которых на долю США приходилось около 35%.

Механизм действия фреона следующий. Оказавшись в верхних слоях атмосферы, эти инертные вещества вблизи поверхности Земли становятся активными. Под воздействием ультрафиолетового излучения химические связи в их молекулах разрываются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона "выбивает" из нее один атом. Озон перестает быть озоном, превращаясь в кислород. Хлор, временно связавшись с кислородом, снова свободен и "отправляется в погоню" за новой "жертвой". Его активности и агрессивности достаточно, чтобы уничтожить десятки тысяч молекул озона.

Активную роль в образовании и разрушении озона играют также оксиды азота, тяжелых металлов (медь, железо, марганец), хлор, бром и фтор. Таким образом, общий баланс озона в стратосфере определяется сложным комплексом процессов, в которых около 100 химических и фотохимических реакций являются значительными. Принимая во внимание текущий газовый состав стратосферы в порядке оценки, можно сказать, что около 70% озона разрушается азотным циклом, 17 - кислородом, 10 - водородом, около 2 - хлором и другими, и около 1,2%. уходит в тропосферу.

Азот, хлор, кислород, водород и другие компоненты участвуют в этом балансе как в форме катализаторов, не изменяя их "содержание", поэтому процессы, приводящие к их накоплению в стратосфере или удалению из нее, существенно влияют на содержание озона. В связи с этим даже относительно небольшие количества таких веществ, попадающих в верхние слои атмосферы, могут устойчиво и в долгосрочной перспективе влиять на установленный баланс, связанный с образованием и разрушением озона.

Нарушение экологического баланса, как показывает жизнь, совсем несложно. Его неизмеримо сложнее восстановить. Озоноразрушающие вещества чрезвычайно устойчивы. Различные виды фреонов, попав в атмосферу, могут существовать в ней и создавать свой разрушительный бизнес от 75 до 100 лет.

Поначалу незаметно, но накапливающиеся изменения в озоновом слое привели к тому, что в северном полушарии в зоне от 30 до 64 градусов северной широты с 1970, общий озон уменьшился на 4% зимой и на 1% летом. Над Антарктикой, а именно, впервые была обнаружена "дыра" в озоновом слое - огромная "дыра" открывается каждую полярную весну, увеличиваясь с каждым годом. Если в 1990 - 1991 годах размер озоновой "дыры" не превышал 10,1 млн. км², то в 1996 Согласно бюллетеню Всемирной Метеорологической Организации (ВМО), его площадь уже составляла 22 млн. км². Эта площадь в 2 раза больше площади Европы. Количество озона на шестом континенте было вдвое меньше стандартного.

Уже более 40 лет ВМО наблюдает за озоновым слоем над Антарктидой. Феномен регулярного образования "дыр" прямо над ним и в Арктике объясняется тем, что озон особенно легко разрушается при низких температурах.

Впервые беспрецедентная озоновая аномалия в Северном полушарии, которая "покрыла" гигантскую область от побережья Северного Ледовитого океана до Крыма, была зафиксирована в 1994, Озоновый слой угасает на 10-15%, а в отдельные месяцы на 20-30%. Однако даже эта исключительная картина не означала, что разразится еще более масштабная катастрофа.

И, тем не менее, уже в феврале 1995, Ученые Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) Росгидромета зафиксировали катастрофическое (на 40%) падение озона над регионами Восточной Сибири. К середине марта ситуация стала еще более сложной. Это означало только одно - еще одна озоновая "дыра" образовалась над планетой. Однако сегодня сложно говорить о частоте появления этой "дыры". Будет ли он увеличиваться и какую территорию захватывать - это покажет наблюдения.

В 1985 г, почти половина озонового слоя исчезла над Антарктидой, и появилась "дыра", которая через два года распространилась на десятки миллионов квадратных километров и вышла за пределы шестого континента. C. 1986 г, Разрушение озона не только продолжалось, но и резко увеличивалось - оно испарялось в 2-3 раза быстрее, чем предсказывали ученые. В 1992 г, Озоновый слой уменьшился не только над Антарктидой, но и над другими районами планеты. В 1994 г, была зафиксирована гигантская аномалия, охватившая территории Западной и Восточной Европы, Северной Азии и Северной Америки.

Если вы понимаете эту динамику, кажется, что атмосферная система действительно вышла из равновесия и неизвестно, когда она стабилизируется. Возможно, метаморфоза озона в какой-то степени является отражением длительных циклических процессов, о которых мы мало что знаем. Чтобы объяснить текущие пульсации озона, нам не хватает данных. Возможно, они имеют естественное происхождение, и, возможно, со временем все уладится.

Многие страны мира разрабатывают и осуществляют меры по осуществлению Венских конвенций по защите озонового слоя и Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.

Какова специфика мер по сохранению озонового слоя над Землей?

Согласно международным соглашениям, промышленно развитые страны полностью прекращают производство фреона и четыреххлористого углерода, которые также разрушают озон, а развивающиеся страны - путем 2010, Россия из-за сложной финансово-экономической ситуации просила об отсрочке на 3-4 года.

Вторым этапом должен стать запрет на производство метилбромидов и гидрофорана. Уровень производства первый в промышленно развитых странах с 1996 года, замороженные, гидрофороны полностью сняты с производства 2030, Однако развивающиеся страны еще не взяли на себя обязательство контролировать эти химические вещества.

Восстановить озоновый слой над Антарктидой с помощью запуска специальных аэростатов с установками по производству озона надеется английская группа экологов, которая называется "Помогите озону". Один из авторов этого проекта сказал, что озонаторы на солнечных батареях будут установлены на сотнях баллонов, наполненных водородом или гелием.

Несколько лет назад была разработана технология замены фреона специально приготовленным пропаном. В настоящее время промышленность уже на треть сократила производство фреоновых аэрозолей. В странах ЕЭС планируется полное прекращение использования фреона на предприятиях бытовой химии и т.д.

Последствия разрушения озона можно проиллюстрировать примерами. Таким образом, уменьшение озонового слоя на 1% вызывает скачок в распространении рака кожи на 4%. Вызывая рак кожи и старение, ультрафиолетовые лучи одновременно подавляют иммунную систему, что приводит к инфекционным, вирусным, паразитарным и другим заболеваниям, включая корь, ветряную оспу, малярию, лишайник, туберкулез, проказу и т.д. Десятки миллионов людей вокруг Мир или частично потеряли зрение из-за катаракты - болезни, которая возникает в результате повышенной солнечной радиации.

Рост разрушительного воздействия ультрафиолетового излучения вызывает деградацию экосистем и генофонда флоры и фауны, снижает урожайность и продуктивность океанов.

2. Загрязнение атмосферы выбросами автотранспорта

2.1 Причины лесных пожаров

Большую долю загрязнения воздуха составляют выбросы вредных веществ из автомобилей. В настоящее время на Земле эксплуатируется около 500 миллионов автомобилей, и 2000, ожидается, что их число увеличится до 900 миллионов. 1997 г, в Москве эксплуатировалось 2400 тысяч автомобилей, при этом на существующих дорогах было установлено 800 тысяч автомобилей.

В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится более половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются основным источником загрязнения воздуха, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. Км в год каждая машина сжигает 2 тонны топлива и около 26-30 тонн воздуха, в том числе 4,5 тонны кислорода, что в 50 раз превышает потребности человека. В то же время автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/год): окись углерода - 700, двуокись азота - 40, несгоревшие углеводороды - 230 и твердые вещества - 2 - 5. Кроме того, многие соединения свинца выбрасываются в результате использования в основном этилированного бензина.

Наблюдения показали, что в домах, расположенных недалеко от главной дороги (до 10 м), жители болеют раком в 3-4 раза чаще, чем в домах, которые находятся в 50 м от дороги., Транспорт также отравляет водоемы, почву и растения.

Токсичные выбросы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) расходуются отработавшими и картерными газами, парами топлива из карбюратора и топливного бака. Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу вместе с выхлопными газами двигателя внутреннего сгорания. При использовании картерных газов и паров топлива примерно 45% углеводородов от их общих выбросов попадают в атмосферу.

Количество вредных веществ, попадающих в атмосферу в составе выхлопных газов, зависит от общего технического состояния транспортных средств и, особенно, от двигателя - источника наибольшего загрязнения. Так, в случае нарушения регулировки карбюратора выбросы угарного газа возрастают в 4 ... 5 раз. Использование этилированного бензина, в состав которого входят соединения свинца, вызывает загрязнение воздуха очень токсичными соединениями свинца. Около 70% свинца добавляется в бензин с этиловой жидкостью в виде соединений в атмосфере с выхлопными газами, из которых 30% осаждается на земле сразу после отсечки выхлопной трубы автомобиля, 40% остается в атмосфере, Один грузовик средней грузоподъемности выделяет 2,5 ... 3 кг свинца в год. Концентрация свинца в воздухе зависит от содержания свинца в бензине.

Можно исключить попадание высокотоксичных соединений свинца в атмосферу, заменив этилированный бензин неэтилированным.

Выхлопные газы ГТДУ содержат токсичные компоненты, такие как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажа, альдегиды и т. Д. Содержание токсичных компонентов в продуктах сгорания существенно зависит от условий эксплуатации двигателя. Высокие концентрации оксида углерода и углеводородов характерны для газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) на более низких режимах (на холостом ходу, рулении, приближении к аэропорту, заходе на посадку), в то время как содержание оксидов азота значительно увеличивается при работе на режимах, близких к номинальным (взлет, набор высоты, режим полета).

Общий выброс токсичных веществ в атмосферу самолетами с ГТДУ постоянно увеличивается из-за увеличения расхода топлива до 20 ... 30 т / ч и неуклонного роста числа эксплуатируемых самолетов. Отмечено влияние ГТДУ на озоновый слой и накопление углекислого газа в атмосфере.

Выбросы HGDU оказывают наибольшее влияние на условия обитания в аэропортах и районах, прилегающих к испытательным станциям. Сравнительные данные о выбросах вредных веществ в аэропортах показывают, что доходы от источника газовой турбины в приземном слое атмосферы следующие: оксид углерода - 55, оксиды азота - 77, углеводороды - 93 и аэрозоль - 97. Остальные Выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.

Загрязнение воздуха транспортными средствами с ракетными силовыми установками происходит главным образом во время их эксплуатации перед запуском, во время взлета, во время наземных испытаний, во время их производства или после ремонта, во время хранения и транспортировки топлива. Состав продуктов сгорания при работе таких двигателей определяется составом компонентов топлива, температурой сгорания, процессами диссоциации и рекомбинации молекул. Количество продуктов сгорания зависит от мощности (тяги) движителей. При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются пары воды, углекислый газ, хлор, пары соляной кислоты, монооксид углерода, закись азота, а также твердые частицы Al2O3 со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм).,

При запуске ракетные двигатели отрицательно влияют не только на поверхностный слой атмосферы, но и на космическое пространство, разрушая озоновый слой Земли. Степень разрушения озонового слоя определяется количеством пусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов.

В связи с развитием авиационной и ракетной техники, а также интенсивным использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного хозяйства общий выброс вредных примесей в атмосферу значительно возрос. Однако на долю этих двигателей приходилось не более 5% токсичных веществ, попадающих в атмосферу от транспортных средств всех типов.

2.2 Меры по снижению выбросов

Оценка выбросов автомобилей по токсичности. Большое значение имеет ежедневный контроль автомобилей. Все автопарки обязаны следить за состоянием автомобилей, производимых на линии. При хорошо работающем двигателе в выхлопных газах угарный газ должен содержать не более допустимой нормы.

Положение о Государственной автомобильной инспекции поручено контролировать осуществление мер по защите окружающей среды от вредного воздействия автотранспорта.

Принятый стандарт на токсичность предусматривает дальнейшее ужесточение нормы, хотя сегодня в России они более жесткие, чем европейские: для оксида углерода - на 35%, для углеводородов - на 12%, а для оксидов азота - на 21%.

На заводах введен контроль и регулирование автомобилей на токсичность и непрозрачность выхлопных газов.

Системы управления городским транспортом. Были разработаны новые системы управления движением, которые сводят к минимуму вероятность пробок, потому что, останавливая, а затем набирая скорость, автомобиль выбрасывает в несколько раз больше вредных веществ, чем при равномерном движении.

Автомагистрали были построены, чтобы обойти города, которые принимали весь поток транзитного транспорта, который раньше бесконечно тянулся по улицам города. Интенсивность движения резко снизилась, шум уменьшился, воздух стал чище.

В Москве создана автоматизированная система управления движением "Старт". Благодаря передовым техническим средствам, математическим методам и компьютерным технологиям, он позволяет оптимально контролировать движение по всему городу и полностью освобождает человека от обязанностей прямого управления движением. "Запуск" на 20-25% уменьшит задержки движения на перекрестках, уменьшит число дорожно-транспортных происшествий на 8-10%, улучшит санитарное состояние городского воздуха, увеличит скорость общественного транспорта и уменьшит шум.

Перевод транспортных средств на дизельные двигатели. По мнению экспертов, перевод транспортных средств на дизельные двигатели позволит снизить выбросы в атмосферу вредных веществ. Выхлоп дизельного двигателя практически не содержит токсичного угарного газа, так как в нем практически полностью сжигается дизельное топливо. Кроме того, дизельное топливо не содержит тетраэтилсвинца, присадки, которая используется для увеличения октанового числа бензина, сжигаемого в современных карбюраторных двигателях с высокой степенью сгорания.

Дизель экономичнее карбюраторного двигателя на 20-30%. Более того, для производства 1 литра дизельного топлива требуется в 2,5 раза меньше энергии, чем для производства такого же количества бензина. Получается поэтому как бы двойная экономия энергии. Это объясняет быстрый рост числа автомобилей, работающих на дизельном топливе.

Улучшение двигателей внутреннего сгорания. Создание автомобилей с экологическими требованиями - одна из главных задач, стоящих сегодня перед дизайнерами.

Улучшая процесс сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, использование электронной системы зажигания приводит к уменьшению выброса вредных веществ.

Нейтрализаторы Большое внимание уделяется разработке устройства для снижения токсичности - нейтрализаторов, которым можно оснащать современные автомобили.

Способ каталитического превращения продуктов сгорания заключается в том, что выхлопные газы очищаются при контакте с катализатором. Одновременно дожигание продуктов неполного сгорания содержится в выхлопных газах автомобилей.

Нейтрализатор прикреплен к выхлопной трубе, и газы, которые проходят через нее, выпускаются в очищенную атмосферу. В то же время устройство может выполнять функции глушителя. Эффект от использования нейтрализаторов впечатляет: при оптимальном режиме выброс оксида углерода в атмосферу уменьшается на 70-80%, а углеводородов - на 50-70%.

Значительно улучшить состав выхлопных газов можно за счет различных добавок к топливу. Ученые разработали добавку, которая снижает содержание сажи в выхлопных газах на 60-90% и канцерогенных веществах - на 40%.

В последнее время процесс каталитического риформинга низкооктановых бензинов широко внедрен на нефтеперерабатывающих заводах в стране. В результате могут быть получены неэтилированные, малотоксичные бензины. Их использование снижает загрязнение воздуха, увеличивает срок службы автомобильных двигателей и снижает расход топлива.

Газ вместо бензина. Высокооктановое, стабильное по составу газовое топливо хорошо смешивается с воздухом и равномерно распределяется по цилиндрам двигателя, способствуя более полному сгоранию рабочей смеси. Общий выброс токсичных веществ от транспортных средств, работающих на сжиженном газе, значительно меньше, чем у автомобилей с бензиновыми двигателями. Таким образом, переоборудованный в газ автомобиль ЗИЛ-130 имеет показатель токсичности почти в 4 раза меньше, чем его бензиновый аналог.

Когда двигатель работает на газе, происходит более полное сгорание смеси. И это приводит к снижению токсичности выхлопных газов, снижению образования углерода и расхода масла, а также увеличению моторесурса. Кроме того, сжиженный газ дешевле бензина.

Электромобиль. В настоящее время, когда автомобиль с бензиновым двигателем стал одним из значительных факторов, приводящих к загрязнению окружающей среды, эксперты все чаще обращаются к идее создания "чистого" автомобиля. Речь, как правило, идет об электромобиле.

В настоящее время в нашей стране выпускаются электромобили пяти марок. Электромобиль Ульяновского автомобильного завода (УАЗ-451-МИ) отличается от других моделей системой электрического движения на переменном токе и встроенным зарядным устройством. В интересах охраны окружающей среды считается целесообразным переводить автомобили на электрическую тягу, особенно в крупных городах.

2.3 Атмосферная защита

Контроль загрязнения атмосферы в России осуществляется почти в 350 городах. Система мониторинга включает 1200 станций и охватывает практически все города с населением более 100 тысяч жителей и города с крупными промышленными предприятиями.

Средства защиты атмосферы должны ограничивать присутствие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК. Во всех случаях должно выполняться следующее условие:

C + sf Ј MPC (1)

для каждого вредного вещества (sf - фоновая концентрация).

Соблюдение этого требования достигается путем локализации вредных веществ в месте их образования, удаления из помещения или оборудования и рассеивания в атмосфере. Если при этом концентрация вредных веществ в атмосфере превышает ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в очистительных аппаратах, установленных в выхлопной системе. Наиболее распространенные вентиляционные, технологические и транспортные выхлопные системы.

На практике применяются следующие варианты защиты воздуха:

- удаление токсичных веществ из помещений общей вентиляции;

- локализация токсичных веществ в зоне их образования за счет местной вентиляции, очистки загрязненного воздуха в специальных устройствах и его возврата в производственные или бытовые помещения, если воздух после очистки в устройстве соответствует нормативным требованиям по свежему воздуху;

- локализация токсичных веществ в зоне их образования путем локальной вентиляции, очистки загрязненного воздуха в специальных устройствах, выброса и рассеивания в атмосфере;

- очистка технологических газовых выбросов в специальных устройствах, выбросы и рассеивание в атмосфере; в некоторых случаях перед сбросом выхлопные газы разбавляются атмосферным воздухом;

- очистка выхлопных газов электростанций, например, двигателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выбросов в атмосферу или производственные помещения (шахты, карьеры, хранилища и т.д.)

Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест установлен предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок.

Устройства для очистки вентиляции и технологических выбросов в атмосферу подразделяются на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкая скорость и высокая скорость); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбция, химическая сорбция, адсорбция и нейтрализаторы); устройства многоступенчатой очистки (улавливатели пыли и газа, уловители тумана и твердых частиц, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются очистка, гидравлическое сопротивление и энергопотребление.

2.4 Эффективность системы очистки газа

Эффективность очистки

h = (svh - svyh) / svkh (2)

где свх и свих - массовая концентрация примесей в газе до и после аппарата.

Сухие пылеуловители, различные типы циклонов, широко используются для очистки газов от частиц.

Электроочистка (электрофильтры) - один из самых современных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронного разряда, переносе ионного заряда на частицы примесей и осаждении последних на собирающем и коронирующем электродах. Для этого используются электрофильтры.

...