Антропогенний вплив на атмосферу та охорона атмосферного повітря

Практично у всіх промислових  містах України в атмосферному повітрі  присутні шкідливі речовини в надмірній  кількості. Найбільший рівень забруднення  повітряного середовища спостерігається  у містах Армянську, Дзержинську, Дніпродзержинську, Дніпропетровську, Донецьку, Єнакієвому, Рівному, Рубіжному, Сєверодонецьку, Слов’янську, Черкасах. Багаторазове перевищення середньостатистичного обсягу викидів у розрахунку на 1 км² території України зафіксовано у Донецькій (у 8,9 раз), Дніпропетровській (у 4 рази), Луганській (в 2,5 рази), Івано-Франківській ( у 1,5 рази), Запорізькій (в 1,3 рази) областях та у м. Києві (у 5 разів). Найбільшого антропогенного впливу зазнає повітряний басейн наступних міст (по мірі зменшення викидів): Кривий ріг – 456,5 тис. т, Маріуполь – 363,6 тис. т, Донецьк – 165,8 тис. т, Дебальцеве – 131,9 тис. т, Дніпропетровськ – 120,8 тис. т, Дніпродзержинськ – 111,2 тис. т, Макіївка – 103 тис. т.

Середньостатистичним підприємством в Україні протягом року в атмосферу викидається понад 400 т небезпечних речовин. Найбільші викиди здійснюються наступними підприємствами: металургії та обробки металу – 3651,5 т, з видобутку енергетичних матеріалів – 2826,1 т та з виробництва коксу і продуктів нафтопереробки – 2601,6 т викидів на рік на одне підприємство.

Крім того, в атмосферне повітря в Україні щорічно  викидається понад 1,8 млн. т забруднюючих речовин від пересувних джерел забруднення, найбільша питома частка серед яких належить автомобільному транспорту. Пересувні джерела спричиняють викиди 85 % свинцю, 49 % оксиду вуглецю та 31 % вуглеводнів від загальної кількості  викидів цих речовин по країні.

У багатьох містах викиди автотранспорту є основними забруднювачами повітря: в Закарпатській та Житомирській областях вони складають понад 80 % від  загального обсягу викидів в атмосферу, в Одеській, Волинській, Чернігівській  областях та в АР Крим – понад 70 %, а в Сумській, Миколаївській і  Хмельницькій областях – понад 60 %.

Україна займає восьме місце  в світі як емітер СО₂ в енергетичній галузі, її частка становить 2,35 % загальносвітових викидів цієї речовини енергетикою і 1,1 % від загальних обсягів викидів вуглекислого газу в світі.

Основними постачальниками  оксиду вуглецю є США, Росія, Японія та Німеччина. Україна порівняно  з цими державами не сприймається як основний забруднювач повітря, проте  це пояснюється швидше не дотриманням  екологічних норм та вжиттям спеціальних  заходів з метою збереження чистоти  атмосфери, а скороченням виробництва  практично в усіх галузях народного  господарства.

 

РОЗДІЛ 2

ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ, ОСНОВНІ ЗАБРУДНЮВАЧІ

 

2.1. Джерела забруднення та їх викиди в атмосферу.

 

За походженням джерела забруднення атмосфери поділяють на природні і штучні. До природних джерел атмосферного забруднення відносять пилові бурі, виверження вулканів, космічний пил і т. і. Продукти природного забруднення атмосфери на 3/4 складені із неорганічних речовин. Це продукти вивітрювання гірських порід, частинки ґрунтів, попіл, сіль і т. і.

В атмосфері Землі присутні різноманітні органічні домішки, які  є продуктами життєдіяльності організмів. Це вуглеводні спирти, органічні кислоти, ефіри, альдегіди. Фітогенні хімічно активні газоподібні продукти виділення отримали назву атмовітамінів. Вони використовуються багатьма організмами для життєвих потреб. Органічні речовини, які згубно діють на бактерії, мікроорганізми, гриби отримали назву фітонциди.

Щорічне поступлення в  атмосферу морських солей оцінюється від 0,700 до 1,5 млрд. т, винесення ґрунтового пилу – 7 – 700 млн. т. Утворення аерозолів внаслідок лісових пожеж – 35 – 360 млн. т. Сумарно від усіх джерел в атмосферу поступає до 2,3 млрд. т. аерозолів природного походження.

Основним джерелом штучного забруднення атмосфери є промислові підприємства, транспортні засоби, підприємства комунального сектора, сільського господарства. Атмосферні забруднювачі поділяють на первинні, які безпосередньо поступають в атмосферу, і вторинні, які є продуктом перетворення первинних. Так сірчистий газ окислюється до сірчаного ангідриду, який при взаємодії з водяною парою утворює сірчану кислоту. Подібним чином в результаті хімічних, фотохімічних, фізико-хімічних реакцій між забруднюючими речовинами і компонентами атмосфери утворюються вторинні забруднювачі.

Серед галузей промисловості  головними джерелами атмосферних  забруднень виступають: електроенергетика (27%), металургія (26%), будівельна індустрія (13%). Підприємства теплоенергетики, металургійних  і хімічних галузей, котельні установки  споживають щороку близько 70% твердого і рідкого палива, яке видобувається. В результаті їх діяльності в атмосферу  виділяються ряд газових викидів.

 

2.1.1. Сірчистий ангідрид. Оксид вуглецю

 

Оксид сірки (IV) (сірчистий  ангідрид) – безбарвний, зі специфічним неприємним заходом газ, що вражає переважно органи дихання. При вдиханні повітря, забрудненого оксидом сірки, руйнується й харчовий канал, порушуються окисно-відновні процеси, знижується ферментативна активність, знижується імунобіологічна реактивність організму й спостерігаються зрушення з боку вищої нервової діяльності. Гранично припустима середньодобова концентрація оксиду сірки (IV) в атмосферному повітрі становить 0,05 мг/м³, а максимально разова – 0,5 мг/м³.

Оксид сірки – отрута зелених насаджень, але особливо чутливі до нього хвойні й фруктові дерева. Цей газ може також викликати корозію металевих покриттів (дахів, пам'ятників та ін.).

При спалюванні палива в  атмосферу викидається також  багато оксиду вуглецю – продукту неповного згоряння (при спалюванні 1 т палива утворюється 20 кг оксиду вуглецю). Цей газ є надзвичайно токсичним. Він не має кольори й заходу, не дратує слизувату оболонку, що підсилює небезпеку отруєння їм. Володіючи підвищеною спорідненістю до гемоглобіну крові, в 200 – 300 раз перевищуючим спорідненість гемоглобіну до кисню, оксид вуглецю зв'язує його, утворюючи карбоксигемоглобин, внаслідок чого в тканинах розвивається кисневе голодування. Із крові оксид вуглецю дифундує в тканині, порушуючи в них активність дихальних ферментів і, отже, тканинний подих. Особливо чутливі до кисневого голодування клітки нервової системи

У легких випадках отруєння спостерігається головний біль, важкість в голові, слабкість, запаморочення, нудота, блювота, у більш важких - втрата свідомості, судоми. Середньодобова ПДК оксиду вуглецю (II) в атмосферному повітрі становить 1 мг/м³, максимально разова – 6 мг/м³.

При спалюванні палива у  двигунах внутрішнього згоряння (автомобілі) в атмосферне повітря можливе  потрапляння великої кількості  оксиду вуглецю.

Оксид вуглецю легше повітря, тому значна частина його несеться у верхні шари повітря й приземний шар атмосфери забруднюється порівняно мало. Однак іноді поблизу великих промислових підприємств можна виявити оксид вуглецю, концентрація якого рівна 100 – 300 т/м³.

Транспорт. У цей час  забруднення атмосфери повітря  вихлопними газами автотранспорту здобуває все більше значення. Вихлопні гази автомашин містять у своєму складі оксиди вуглецю, азоту, вуглеводні, з'єднання свинцю, сажу й хімічні речовини, кількість яких у цей час становить більш 200.

 

2.1.2. Оксид карбону, сірководень і сірковуглець, сірчаний ангідрид

 

Оксид карбону. Він виникає  при неповному згорянні вуглецевих речовин. У повітрі опиняється в  результаті спалювання твердих відходів, з вихлопними газами й викидами промислових  підприємств. Щорічно цього газу надходить в атмосферу не менш 250 млн. т. Оксид карбону – це сполука, що активно реагує зі складовими частинами атмосфери, він сприяє підвищенню температури на планеті й створенню парникового ефекту.

Сірководень і сірковуглець. Надходять в атмосферу окремо або разом з іншими сполуками  сульфуру. Основними джерелами викиду стають підприємства з виготовлення штучного волокна, цукру, коксохімічні, нафтопереробні заводи, а також нафтопромисли. В атмосфері при взаємодії з іншими забруднювачами повільно окислюються до сірчаного ангідриду.

Сірчаний ангідрид. Утворюється  при окиснюванні сірчистого ангідриду. Кінцевим продуктом реакції стає аерозоль або розчин сірчаної кислоти в дощовій воді, що підкислює ґрунт, загострює захворювання дихальних шляхів людини. Випадання аерозолю сірчаної кислоти з димових факелів хімічних підприємств спостерігається при низькій хмарності й високій вологості повітря. Листяні пластинки рослин, що ростуть на відстані меншій за 1 км від таких підприємств, звичайно бувають густо засіяні маленькими некротичними плямами, що утворилися в місцях осідання крапель сірчаної кислоти. Пірометалургійні підприємства кольорової й чорної металургії, а також ТЕС щороку викидають в атмосферу десятки мільйонів тонн сірчаного ангідриду.

 

2.1.3. Вуглеводні

 

До атмосферних забруднювачів  належать вуглеводні — насичені й  ненасичені, що включають від 1 до 13 атомів Карбону. Вони можуть зазнавати  різних перетворень, окиснення, полімеризації, особливо якщо почнуть взаємодіяти  з іншими атмосферними забруднювачами після збудження сонячною радіацією. Результатом цих реакцій стає поява перекисних сполук, вільних радикалів, сполук вуглеводнів з оксидами нітрогену й сульфуру, часто у вигляді аерозольних частинок. За деяких погодних умов у приземному шарі повітря можуть формуватися особливо великі скупчення шкідливих газоподібних й аерозольних домішок. Звичайно це трапляється, коли в шарі повітря прямо над джерелами газопилової емісії відбувається інверсія – розташування шарів холоднішого повітря під теплим, що перешкоджає рухові повітряних мас і затримує перенесення домішок угору. У підсумку шкідливі викиди концентруються під шаром інверсії, вміст їх у ґрунті різко зростає, що стає однією з причин утворення раніше невідомого в природі фотохімічного туману.

 

РОЗДІЛ 3

НАСЛІДКИ ЗАБРУДНЕНННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ

 

3.1 Смог

 

Фотохімічний туман – це багатокомпонентна суміш газів і аерозольних частинок первинного й вторинного походження. Основними компонентами смогу є озон, нітроген і сульфур оксиди, численні органічні сполуки перекисної природи, які у сукупності називаються фотооксидантами. Фотохімічний смог утворюється в результаті фотохімічних реакцій за певних умов: наявності в атмосфері високої концентрації оксидів нітрогену, вуглеводнів та інших забруднювачів, інтенсивної сонячної радіації й безвітря або дуже слабкого обміну повітря в приземному шарі при могутній інверсії. Стійка безвітряна погода, яка завжди с) проводжується інверсіями, потрібна для створення високої концентрації реагуючих речовин. Такі умови виникають частіше в червні – вересні й рідше узимку. Під час тривалої ясної погоди сонячна радіація стає причиною розщеплення молекул нітроген двооксиду й утворення нітроген оксиду й атомарного кисню. Атомарний кисень із молекулярним киснем утворюють озон. Здавалося б, останній, окиснюючи нітроген оксид, повинен знову перетворюватися на молекуярний кисень, а нітроген оксид – на двооксид. Але цього не трапляється. Нітроген оксид вступає в реакцію з олефінами вихлопних газів, які при цьому розщеплюються за подвійним зв'язком й утворюють осколки молекул і надлишок озону. У результаті тривалої дисоціації нові маси нітроген двооксиду розщеплюються й дають додаткові кількості озону. Починається циклічна реакція, результатом якої стає поступове нагромадження озону. Цей процес у нічний час переривається. У свою чергу озон вступає в реакцію з олефінами. В атмосфері накопичуються різні перекиси, які у сумі й утворюють характерні для фотохімічного туману оксиданти. Останні стають джерелом так званих вільних радикалів, що відрізняються особливою реактивною здатністю. Такі смоги – нерідкісне явище над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком й іншими містами Європи й Америки. Вони вкрай небезпечні для дихальної й кровоносної систем і часто бувають причиною передчасної смерті міських жителів послабленим здоров'ям.

 

 

 

3.2 Кислотні дощі

 

3.2.1 Поняття кислотного  дощу

 

Кислотний дощ – усі види метеорологічних опадів: дощ, сніг, град, туман, дощ зі снігом, кислотність яких вища від нормальної. Мірою кислотності є значення рН (водневий показник). Нормальне pH у чистих дощах — 5,6.

 

Рис. 3. Схема утворення кислотних дощів

 

 

3.2.2 Основні джерела кислотоутворюючих викидів

 

Кислотний дощ утворюється  в результаті реакції між водою  і такими забруднюючими речовинами, як діоксид сірки (SO₂) і різних оксидів азоту (NO_x). Ці речовини викидаються в атмосферу автомобільним транспортом, у результаті діяльності металургійних підприємств і електростанцій, а також при спалюванні вугілля і деревини. Вступаючи в реакцію з водою атмосфери, вони перетворюються в розчини кислот: сірчаної, сірчистої, азотистої й азотної. Потім, разом із снігом чи дощем, вони випадають на землю.

Природними джерелами  надходження діоксиду сірки в атмосферу є головним чином вулкани і лісові пожежі. Тим часом природні надходження в атмосферу оксидів азоту зв'язані головним чином з електричними розрядами, при яких утвориться NО, згодом – NO₂. Значна частина оксидів азоту природного походження переробляється в ґрунті мікроорганізмами, тобто включена в біохімічний круговорот.

Діоксид сірки, що потрапив в атмосферу, перетерплює ряд хімічних перетворень, що ведуть до утворення кислот. Частково діоксид сірки в результаті фотохімічного окислювання перетворюється в триоксид сірки (сірчаний ангідрид) SO₃:

2SO₂ + О₂ → 2SO₃,

який реагує з водяною  парою атмосфери, утворюючи аерозолі сірчаної кислоти:

SO₃ + Н₂О → H₂SO₄.

Основна частина діоксиду сірки, що викидається у вологому повітрі утворить аерозоль сірчистої кислоти і зображують умовною формулою Н₂SO₃:

SO₂ + H₂O → H₂SO₃.

Сірчиста кислота у  вологому повітрі поступово окисляється  до сірчаної:

2H₂SO₃ + O₂ → 2H₂SO₄.

Аерозолі сірчаної і сірчистої  кислот приводять до конденсації  водяної пари атмосфери і стають причиною кислотних опадів (дощі, тумани, сніг). При спалюванні палива утворяться тверді мікрочастинки сульфатів  металів (в основному при спалюванні вугілля), легко розчинні у воді, що осаджуються на ґрунт і рослини, роблячи кислотними роси. Аерозолі сірчаної і сірчистої кислот складають  близько 2/3 кислотних опадів, інше приходиться  на частку аерозолів азотної й  азотистої кислот, що утворяться при  взаємодії діоксиду азоту з водяною парою атмосфери: