Більше половини від загального обсягу становлять викиди від автотранспорту. Забруднення в основному виходять у вигляді побічних продуктів або відходів при видобутку, переробці і використанні ресурсів, а також можуть являти собою одну з форм шкідливих викидів енергії, наприклад, надлишкового тепла, шуму і радіації.
Більшість природних забруднень (наприклад, виверження вулкана, спалювання вугілля) розсіюються по великій території, і їх концентрація, найчастіше, знижується до безпечної (за рахунок розкладання, розчинення і розсіювання). Антропогенні забруднення повітря виникають на урбанізованих територіях, де великі кількості забруднювачів концентруються в невеликих обсягах повітря.
1) суспензії - найдрібніші частинки речовини в підвішеному стані;
2) вуглеводні та інші леткі органічні сполуки, що знаходяться в повітрі у вигляді пари;
3) чадний газ (СО) - надзвичайно отруйний;
4) оксиди азоту (NOx) - газоподібні сполуки азоту і кисню;
5) оксиди сірки (SO2 діоксид) - отруйний газ, небезпечний для рослин і тварин;
6) важкі метали (мідь, олово, ртуть, цинк і т.д.);
7) озон і інші фотохімічні окислювачі;
8) кислоти (переважно сірчана і азотна).
Розглянемо, що це за забруднювачі і як вони утворюються.
У великих містах можна зустріти два основних види джерел забруднювачів: точкові. наприклад, труба ТЕЦ, димова труба, вихлопна труба автомобіля і т.д. і неточечних - надходять в атмосферу з великих джерел.
Розрізняють тверді, рідкі та газоподібні речовини, що забруднюють навколишнє середовище.
Тверді - утворюються при механічній обробці матеріалів або їх транспортуванні, при спалюванні і теплових процесах виробництва. До них відносяться пил і суспензії, що утворюються: перші - при видобутку, переробці і транспортуванні сипучих матеріалів, різних технологічних процесах і вітрової ерозії; другі - при відкритому спалюванні відходів і з промислових труб в результаті самих різних технологічних процесів.
Рідкі забруднюючі речовини - продукт хімічних реакцій, конденсації або розпилення рідини в технологічних процесах. Основними рідкими забруднювачами є нафта і продукти її переробки, що забруднюють атмосферу вуглеводнями.
Газоподібні забруднювачі утворюються в результаті хімічних реакцій, електрохімічних процесів, спалювання палива, реакцій відновлення. Найбільш поширеними забруднювачами в газовому стані є: оксид вуглецю СО, діоксид вуглецю СО2. оксиди азоту NO, N2 O, NO2. NO3. N2 O5. діоксид сірки SO2. сполуки хлору і фтору.
Розглянемо найбільш небезпечні, широко розповсюджені забруднювачі. Які вони і в чому їх небезпека?
1. Пил і суспензії - це зважені в повітрі тонкі частинки, наприклад, диму і сажі (табл.4.2). Основними джерелами суспензії є промислові труби, транспорт і відкрите спалювання палива. Ми можемо спостерігати такі суспензії у вигляді смогу або серпанку.
За дисперсності, тобто ступеня подрібнення розрізняють пил:
- крупнодісперсную - з частками розміром більше 10 мкм, що осідає в нерухомому повітрі зі зростаючою швидкістю;
- Середньодисперсні - з частками від 10 до 5 мкм, повільно осідає в нерухомому повітрі;
- мелкодисперсную і дим - з частками розміром 5 мкм, швидко розсіюється в навколишньому середовищі і майже не осідає.
Основні джерела забруднення атмосферного повітря
CO, органічні сполуки
Пил, здатна деякий час перебувати в повітрі у зваженому стані, називається аерозоль. на відміну від осілого пилу, званої аерогель. Мелкодисперсная пил представляє для організму найбільшу небезпеку, оскільки вона не затримується в верхніх дихальних шляхах і може проникнути глибоко в легені. Крім того, тонка пил може бути провідником в організм людини різних отруйних речовин, наприклад, важких металів, які на порошинки можуть проникати глибоко в дихальні шляхи.
Можна навести й інші приклади: комбінація двоокису сірки з пилом подразнює шкіру і слизові оболонки, з підвищенням концентрації - призводить до порушень дихання і болів у грудях, а при дуже високих концентраціях, які значно перевищують ГДК, викликає смерть від задухи.
У машинобудівних підприємствах, особливо в цехах гарячої і холодної обробки металів, в повітряне середовище робочих зон виділяється багато пилу, токсичних і дратівливих газів. Сучасний стандарт встановлює ГДК для шкідливих речовин близько 1000 видів. За ступенем впливу на організм шкідливі речовини поділяють на чотири класи:
1-й - речовини надзвичайно небезпечні;
2-й - речовини високо небезпечні;
3-й - речовини помірно небезпечні;
4-й - речовини малонебезпечні.
Клас небезпеки речовин встановлений в залежності від норм і показників (табл.4.3).
Класи небезпеки і межі рівня забруднення
Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин в повітрі робочої зони - це концентрації, які при щоденній 8-годинний (крім вихідних днів) роботі або при іншій тривалості (але не більше 41 годин на тиждень) протягом усього робочого стажу не викликають захворювань або відхилень у стані здоров'я.
Гранично допустима концентрація представляє первинний стандарт, який є критерієм забруднення, це максимальний рівень забруднення, який людина може переносити без шкоди для здоров'я, плюс 10-15% як запас міцності.
2. Вуглеводні - це органічні сполуки вуглецю і водню. У техніці і промисловості вони використовуються в якості енергоносіїв, наприклад, природний газ, пропан, бензин, розчинники для фарб і засобів для чищення та ін. Серед особливо небезпечних вуглеводнів важливе місце займає бензапірен - складова частина вихлопних газів автомобілів і викидів в атмосферу від вугільних печей.
3. Чадний газ. При повному згорянні палива і відходів, що представляють собою органічні сполуки, утворюються вуглекислий газ і вода:
У разі повного згоряння викидається в повітря двоокис вуглецю, що також називається вуглекислим газом (СО2) при неповно окисленому вуглеці - чадний газ (СО).
Окис вуглецю (СО) - не повністю окислений вуглець, так званий чадний газ. СО - отруйний газ, який не має кольору і запаху. Вдихання чадного газу блокує надходження кисню в кров, призводить до кисневого голодування тканин з подальшим настанням непритомності, паралічу дихальних шляхів і смерті.
4. Оксиди азоту (NOx) - газоподібні сполуки речовин, що виробляються мікроорганізмами; також можуть утворитися в продуктах згоряння палива в автомобільних двигунах, в хімічній промисловості, наприклад, при виробництві азотної кислоти. При високих температурах горіння частина азоту (N2) окислюється, утворюючи монооксид (NO), який в повітрі, вступаючи в реакцію з киснем, окислюється до діоксиду (NO2) і / або Тетраоксид (N2 O4).
Оксиди азоту сприяють виникненню фотохімічного смогу, утвореного із продуктів реакції між оксидами азоту і ненасиченими вуглеводнями під активною дією ультрафіолетового випромінювання Сонця.
Оксиди азоту дратують органи дихання, слизові оболонки, особливо легких і очей, а також негативно діють на мозок і нервову систему людини.
5. Двоокис сірки або так званий сірчистий газ (SO2) - гостро пахне, безбарвний газ, дратівливий дихальні шляхи людини і тварин, особливо в середовищі тонкого пилу. Основними джерела забруднення повітря двоокисом сірки є горючі копалини, що спалюються в енергетичних установках. Паливо та відходи, які при згорянні потрапляють в повітря, містять сірку (наприклад, у вугіллі від 0,2 до 5,5% сірки). У процесі згоряння сірка окислюється з утворенням SO2. Двоокис сірки завдає серйозної шкоди навколишньому середовищу - у рослин під дією SO2 відбувається часткове відмирання хлорофілу, що згубно діє на сільськогосподарські врожаї, лісові дерева, водойми, випадаючи у вигляді так званих кислотних дощів.
6. Важкі метали. забруднюючи навколишнє середовище, приносять величезну шкоду людині і природі. Свинець, ртуть, кадмій, мідь, нікель, цинк, хром, ванадій - постійні компоненти повітряного середовища великих промислових центрів. Домішки важких металів можуть містити вугілля, а також різні відходи.
Приклади: там, де використовується в якості додаткових в бензин тетраетилсвинець з метою дешевого запобігання стуку двигунів (в ряді країн такий спосіб добавки заборонений) повітря значно забруднюється свинцем. Вивільняючись з вихлопними газами, цей шкідливий важкий метал, залишається в повітрі і, перш ніж осісти, переноситься вітром на великі відстані.
Інший важкий метал - ртуть, потрапляючи із забрудненого повітря в воду в процесі біоакумуляції в озерах, потрапляє в організми риб, що створює серйозну небезпеку отруєння людини по харчовому ланцюжку.
7. Озон і різні активні органічні сполуки, які утворюються в процесі хімічних взаємодій оксидів азоту з летючими вуглеводнями, стимульованих променями сонця. Продукти цих реакцій називаються фотохімічними окислювачами. Наприклад, під дією сонячної енергії діоксид азоту розпадається на монооксид і атом кисню, який, з'єднуючись з О2. утворює озон О3.
8. Кислоти. переважно сірчана і азотна, які утворюють кислотні дощі.
Які ж об'єкти джерел забруднення атмосфери становлять головну небезпеку здоров'ю планети?
Основними забруднювачами повітря в індустріальних країнах є автомобілі та інші види транспорту, промислові підприємства, теплові електростанції, великі комплекси військової промисловості і атомної енергетики.
Автотранспорт забруднює повітря міст окисом вуглецю і азоту, вуглеводнями та іншими шкідливими речовинами. Щорічні викиди автомобілів в Росії на початку 90-х років склали 36 млн. Т або 37% від загального обсягу викидів (близько 100 млн. Т / рік), в тому числі: оксиди азоту - 22%, вуглеводні - 42%, окису вуглецю - близько 46% (найбільший обсяг викидів від автомобілів відзначений у Москві - більше 840 тис. т / рік).
Зараз в світі кілька сотень мільйонів тільки особистих автомобілів, майже половина з них - близько 200 млн. - на американському континенті. В Японії через обмеженій території на одиницю площі припадає майже в 7 разів більше автолюбителів, ніж в США. На совісті автомобіля - цієї "хімічної фабрики на колесах" - більше 60% всіх шкідливих речовин в міському повітрі. Вихлопні гази автомобіля містять близько 200 речовин, що приносять шкоду здоров'ю і природі. У них присутні незгорілі або неповністю розклалися вуглеводні палива. Кількість вуглеводнів різко збільшується, якщо двигун працює на малих обертах або при збільшеній швидкості, наприклад, при старті на перехрестях перед світлофорами. У момент натискання на педаль акселератора виділяється велика кількість незгорілих частинок (в 10-12 разів більше ніж при нормальному режимі). Крім того, в незгорілих вихлопних газах двигуна при нормальному режимі міститься близько 2,7% окису вуглецю, кількість якого збільшується при зниженні швидкості приблизно до 3,9-4%, а на тихому ходу - до 6,9%.
Вихлопні гази, в тому числі окис вуглецю, вуглекислий газ і багато інших викиди двигунів, важчий за повітря, тому всі вони накопичуються у землі, отруюючи людини і рослинність. При повному згорянні палива в двигуні частина вуглеводнів перетворюється в сажу, яка містить різні смоли. Особливо при несправності двигуна за автомобілем тягнеться чорний шлейф диму, що містить поліциклічні вуглеводні і в тому числі бензапірен. У вихлопних газах містяться також оксиди азоту, альдегіди, що володіють різким запахом і дратівливим ефектом, з'єднання неорганічного свинцю.
Чорна металургія - один із значних джерел забруднення атмосфери пилом і газами. В процесі виплавки чавуну і переробки його на сталь викиди пилу в розрахунку на 1 т граничного чавуну складають 4,5 кг, сірчистого газу - 2,7 кг і марганцю - 0,5-0,1 кг.
Процес отримання стали в конверторних печах характерний викидом в атмосферу димових газів, що складаються з частинок оксидів кремнію, марганцю і фосфору. У складі диму міститься до 80% окису вуглецю, а концентрація пилу в газах становить близько 15 г / м 3.
Викиди кольорової металургії містять технічні пилоподібні речовини: миш'як, свинець, фтор та ін. Тому представляють собою серйозну небезпеку для здоров'я людей і навколишнього середовища. В процесі виробництва алюмінію електролізом в атмосферу викидається велика кількість газоподібних і пилоподібних фтористих з'єднань. Для отримання 1 т алюмінію витрачається від 33 до 47 кг фтору (в залежності від потужності електролізера), більше 65% якого потрапляє в атмосферу.
Підприємства хімічної промисловості відносяться до групи найбільш небезпечних джерел забруднення атмосфери. Склад їх викидів дуже різноманітний і містить багато нових, надзвичайно шкідливих речовин. Ми мало знаємо про потенційно шкідливий вплив 80% цих речовин на людей, тварин і природу. До основних викидів підприємств хімічної промисловості відносяться окис вуглецю, оксиди азоту, сірчистий ангідрид, аміак, органічні речовини, сірководень, хлористі і фтористі з'єднання, пил від неорганічних виробництв і ін.
Паливно-енергетичний комплекс (теплові електростанції, теплоелектроцентралі, котельні установки) виділяє в атмосферне повітря дим, що утворюється при згоранні твердого та рідкого палива. Викиди в атмосферне повітря від використовують паливо установок містять продукти повного згоряння - оксиди сірки і зола, продукти неповного згоряння - в основному окис вуглецю, сажа і вуглеводні. Загальний обсяг всіх викидів вельми значний. Наприклад, теплова електростанція, яка споживає щомісяця 50 тис. Т вугілля, що містить приблизно 1% сірки, щодня викидає в атмосферу 33 т сірчаного ангідриду, який може перетворитися (за певних метеорологічних умовах) в 50 т сірчаної кислоти. За одну добу така електростанція виробляє до 230 т золи, яка частково (близько 40-50 т в день) викидається в навколишнє середовище в радіусі до 5 км. Викиди теплових станцій, що спалюють нафту, майже не містять золи, однак виділяють в три рази більше сірчаного ангідриду.
Повітряні забруднення нафтовидобувної, нафтопереробної і нафтохімічної промисловості містять велику кількість вуглеводнів, сірководню і погано пахнуть газів.