Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями

    На  больших пространствах наблюдается  деградация хвойных лесов, беднеет фауна водоемов. В 1970-х годах в реках и озерах Шотландии и Скандинавии начали гибнуть лосось и форель. Сходные явления происходят и в России, особенно на северо-западе, на Урале и в районе Норильска, где громадные площади  тайги и лесотундры стали почти безжизненными из-за сернистых выбросов Норильского комбината. Наибольшие плотности непосредственно приурочены к промышленным регионам. За последние 10—15 лет выпадение кислотных осадков в районах их обычных проявлений в Западной Европе заметно уменьшилось в связи с мерами по охране воздушного бассейна. [3, 90] 

1.3. Аэрозольное загрязнение атмосферы

         Аэрозоли - это твердые или жидкие  частицы,  находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе.  Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов,  а у людей вызывают специфические  заболевания.  В  атмосфере  аэрозольные  загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная  часть  аэрозолей образуется в атмосфере при  взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с  водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет  11-51 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около  11 куб. км. пылевидных частиц искусственного  происхождения.  Большое  количество пылевых частиц образуется также в ходе  производственной деятельности людей.  Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже:

    ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ  ПРОЦЕСС  ВЫБРОС  ПЫЛИ, МЛН.Т./ГОД

       1. Сжигание каменного угля                      93,60

       2. Выплавка чугуна                                     20,21

       3. Выплавка меди (без очистки)                6,23

       4. Выплавка цинка                                      0,18

       5. Выплавка олова (без очистки)               0,004

       6. Выплавка свинца                                     0,13

       7. Производство цемента                            53,37

    Основными источниками  искусственных аэрозольных  загрязнений воздуха являются ТЭС,  которые потребляют  уголь  высокой зольности, обогатительные фабрики,  металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.  Аэрозольные  частицы  от  этих источников  отличаются большим разнообразием химического  состава. Чаще  всего  в  их составе обнаруживаются соединения  кремния, кальция и углерода,  реже - оксиды металлов: железа,  магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена,  мышьяка,  бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно  органической пыли,  включающей алифатические и  ароматические  углеводороды, соли кислот.  Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов,  в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения  являются  промышленные отвалы  -  искусственные  насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных  пород,  образуемых  при добыче полезных  ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности,  ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Производство  цемента  и  других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью.  Основные технологические  процессы этих производств  -  измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов  всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.  К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации,  взаимодействуя  с  другими  атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией.  В  результате этих реакций образуются перекисные соединения,  свободные радикалы,  соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц.  При некоторых погодных  условиях могут образовываться особо большие скопления вредных  газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха не посредственно над  источниками газопылевой эмиссии существует  инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что  препятствует  воздушных  масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии,  содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования  ранее  неизвестного в природе фотохимического тумана.[6, 107].

1.4. Химическое загрязнение атмосферы

      В основном существуют три основных  источника  загрязнения  атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля  каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное  производство.

      Источники загрязнений - теплоэлектростанции,  которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия,  особенно цветной металлургии, которые выбрасывают  в  воздухоксилы  азота,  сероводород,  хлор, фтор,  аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка;  химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в  воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ,  работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные,  поступающие непосредственно  в  атмосферу, и  вторичные,  являющиеся  результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до  серного ангидрида,  который взаимодействует с парами  воды и образует капельки серной кислоты.  При  взаимодействии серного ангидрида  с  аммиаком  образуются кристаллы сульфата  аммония. Подобным образом, в результате химических,  фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы,  образуются  другие  вторичные  признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 170% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными   примесями  пирогенного  происхождения  являются  следующие:

          Оксид углерода .

      Получается при неполном сгорании  углеродистых веществ.  В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее  1250 млн.т.   0Оксид углерода является соединением,  активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

          Сернистый ангидрид. 

    Выделяется  в процессе сгорания серусодержащего  топлива или  переработки  сернистых  руд  (до   170   млн.т. в год).  Часть соединений  серы выделяется при горении  органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество  выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило  65 процентов  от общемирового выброса.

        Серный  ангидрид.

    Образуется  при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является  аэрозоль  или  раствор серной  кислоты  в дождевой воде,  который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека.  Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических  предприятий отмечается при низкой облачности и высокой  влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на  расстоянии менее  11 км.  от таких предприятий,  обычно  бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной  кислоты.  Пирометаллургические  предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу  десятки миллионов тонн  серного ангидрида.

        Сероводород и сероуглерод.

      Поступают в атмосферу  раздельно или  вместе в другими соединениями серы.  Основными источниками выброса являются предприятия  по  изготовлению  искусственного волокна,  сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы.  В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

         Окислы  азота.

    Основными  источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения,  азотную кислоту и нитраты,  анилиновые красители,  нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид.  Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет  20 млн.т.  в год.

         Соединения фтора.

      Источниками  загрязнения   являются предприятия по производству  алюминия,  эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в  атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим  эффектом.  Производные  фтора  являются  сильными инсектицидами.

         Соединения  хлора.

      Поступают в атмосферу от химических  предприятий, производящих  соляную  кислоту,  хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду.  В атмосфере встречаются как примесь  молекулы  хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется  видом соединений и их концентрацией.  В металлургической промышленности при  выплавке  чугуна  и  при  переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых  металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на  11 т.  передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг.  сернистого газа и 14,5 кг.  пылевых частиц,  определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы,  свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода. [4, 109]. 

1.5. Передвижные источники загрязнения воздуха 

    Передвижные источники требуют особого подхода, обусловленного их мобильностью и большим количеством.

    Сложности контроля за передвижными источниками  могут заставить сконцентрировать наши действия только на стационарных источниках. К сожалению, хотя каждое индивидуальное средство влияет на загрязнение ОС несущественно, мобильные источники в целом отвечают за значительную часть трех критических загрязнителей: озона(0₃), окиси углерода (СО), двуокиси азота (N02). По двум из них — озону и двуокиси азота — процесс достижения соглашения идет особенно медленно. С ростом использования передвижными источниками дизельного топлива растет доля соответствующих выбросов; а средства, сжигающие освинцованный бензин, до настоящего времени являются основными источниками загрязнения свинцом.

    Автомобилей много, но они производятся небольшим  числом фирм. Это облегчает и снижает  расходы управления системой, которая должна контролировать относительно небольшое число источников.

    Некоторые проблемы решаются на месте производства. Пока автомобилестроение продолжается, новые средства возмещают только некоторый, процент общего парка средств.

    Размеры загрязнений от дизельных автомобилей, автобусов, трейлеров и мотоциклов отличаются от загрязнений бензиновых автомобилей. Смешанные средства различаются величиной и типом выбросов на одном и том же расстоянии. Кроме того, выбросы в замкнутых районах дают большую концентрацию загрязнения, чем рассеянные выбросы, в городских районах причиняют больше ущерба, чем в сельских.

    Важно и время выбросов. Большой рост выбросов наблюдается в течение утренних и вечерних часов. Желательно было бы более равномерное, распределение выбросов в течение 24 часов. [4, 215-216] 

Глава 2. Последствия загрязнения  атмосферы

2. 1. Нарушение озонового слоя

      В 80-х годах XX в. появились  сообщения о региональных снижениях  содержания озона в стратосфере. Особенно заметной стала сезонно пульсирующая «озоновая дыра» над Антарктидой площадью более 10 млн км², где содержание Оз за 80-e годы уменьшилось почти на 50%.  Позднее «блуждающие озоновые дыры», правда, меньшие по размеру и не с таким значительным снижением, стали наблюдаться в зимнее время и в Северном Полушарии, в зонах стойких антициклонов — над Гренландией, Северной Канадой и Якутией. Средняя скорость глобального уменьшения за период с 1980 по 1995 г. оценена в 0,5—0,7% в год.. [3, 299-300]

    Поскольку ослабление озонового экрана чрезвычайно oпасно для всей наземной биоты и для здоровья людей, эти. данные привлекли пристальное внимание ученых, а затем и экологически озабоченных кругов общества. Был высказан ряд гипотез о  причинах нарушения озонового слоя. Большинство специалистов склоняется к мнению о техногенном происхождении резкого увеличения озоновых дыр. Наиболее обосновано представление, согласно которому главной причиной является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора, а также других атомов и радикалов, способных чрезвычайно активно присоединять атомарный кислород.

      Занос активных галогенов в верхние слои атмосферы опосредован летучими хлорфторуглеродами (ХФУ) типа фреонов (смешанные фторохлориды метана и этана, например, фреон-12 —  дихлордифторметан, СF₂С1₂), которые, будучи в обычных условиях инертными и нетоксичными, под действием коротковолновых ультрафиолетовых лучей в стратосфере распадаются. Вырвавшись «на свободу», каждый атом хлора способен разрушить или помешать образованию множества молекул озона. В последние десятилетия появились и другие, чисто .технические пути заноса активных разрушителей озона в стратосферу: ядерные взрывы в ат-, мосфере, выбросы высотных сверхзвуковых самолетов, запуски ракет и космических кораблей многоразового использования.

    Не  исключено, однако, что часть наблюдаемого ослабления озонового экрана Земли связана не с техногенными выбросами, а с вековыми колебаниями агрохимических свойств, атмосферы  и независимыми изменениями климата. Одним из таких факторов может быть выделение водорода в районах повышенной  вулканической активности. [4, 101] 

2. 2. Парниковый эффект и изменения климата 

    Техногенное загрязнение атмосферы в определенной степени связано с изменениями климата. Речь идет не только о вполне очевидной зависимости мезоклимата промышленных центров и их окрестностей от теплового, пылевого и химического загрязнения воздуха, но и о глобальном климате.

    С конца XIX в. по настоящее время наблюдается  тенденция повышения средней  глобальной температуры атмосферы; за последние 50 лет она повысилась приблизительно на 0,6°С. Это отнюдь не мало, если учесть, что при этом валовое увеличение внутренней энергии (теплосодержания) атмосферы 
очень велико — порядка 3000 ЭДж. Оно не связано с увеличением солнечной постоянной и зависит от других климатообразующих факторов, в частности, свойств самой атмосферы.