40

Лекция 3. Мониторинг атмосферного воздуха

1. Классификация источников загрязнения

2. Нормирование качества атмосферного воздуха

3. Характеристика загрязняющих веществ

4. Биоиндикаторы загрязняющих веществ

5. Наблюдения и контроль загрязнения атмосферного воздуха

1. Классификация источников загрязнения.

Загрязнение атмосферы — изменение состава атмосферы в результате попадания в нее примесей.

Примесь в атмосфере — это рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе.

Загрязняющее воздух вещество — это примесь в атмосфере, оказывающая неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье населения.

Поскольку примеси в атмосфере могут претерпевать различные превращения, их можно условно разделить на первичные и вторичные.

Первичная примесь в атмосфере — примесь, сохранившая за рассматриваемый интервал времени свои физические и химические свойства.

Превращения примесей в атмосфере — процесс, при котором примеси в атмосфере подвергаются физическим и химическим изменениям под влиянием природных и антропогенных факторов, а также в результате взаимодействия между собой.

Вторичная примесь в атмосфере — это примесь в атмосфере, образовавшаяся в результате превращения первичных примесей.

По воздействию на организм человека загрязнение атмосферы подразделяют на физическое и химическое.

К физическому относят: радиоактивное излучение, тепловое воздействие, шум, низкочастотные вибрации, электромагнитные поля.

К химическому — наличие химических веществ и их соединений. Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ характеризуются по 4 признакам: по агрегатному состоянию, химическому составу, размеру частиц и массовому расходу выброшенного вещества.

Загрязняющие вещества выбрасываются в атмосферу в виде смеси пыли, дыма, тумана, пара и газообразных веществ.

Установлено, что каждые 10-12 лет объем мирового промышленного производства удваивается, что сопровождается примерно таким же ростом объема выбрасываемых загрязнений в окружающую среду. По оценкам специалистов, за год в атмосферу Земли выбрасывается примерно 200 млн. т оксида углерода, более 20 млрд. т диоксида углерода, 150 млн. т диоксида серы, 53 млн. т оксидов азота, свыше 250 млн. т пыли, более 50 млн. т углеводородов.

Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. Одним из источников загрязнения атмосферы естественного происхождения является космическая пыль, образующаяся из остатков сгоревших метеоритов при их прохождении в атмосфере. Ежегодно на Землю выпадает 2-5 млн. т космической пыли.

Природная пыль образуется в результате разрушения и выветривания горных пород и почвы, вулканических извержений, лесных, степных и торфяных пожаров, испарения с поверхности моря. Кроме того, пыль образуется аэропланктоном, спорами растений, плесневыми и другими грибами, продуктами гниения, брожения и разложения растений и животных. Как правило, естественное загрязнение не угрожает отрицательными последствиями для экосистем, а уровень загрязнения атмосферы примесями от естественных источников является фоновым и имеет малые отклонения от среднего уровня во времени.

Антропогенные загрязнения отличаются многообразием видов примесей и многочисленностью источников их выбросов. Примеси поступают в атмосферу в виде газов, паров, жидких и твердых частиц. Источниками антропогенного загрязнения атмосферы являются транспорт, теплоэнергетика, предприятия ядерно-топливного цикла, промышленные и сельскохозяйственные предприятия.

Каждой отрасли присущ характерный состав и масса веществ, поступающих в атмосферу. Это определяется, прежде всего, составом веществ, применяемых в технологических процессах, и экологическим совершенством последних.

Литейные цехи эксплуатируют электродуговые и индукционные печи и другое оборудование. Это наиболее крупные источники пылегазовыделения. Так например, при производстве одной тонны чугунных отливок образуются: до 300 кг CO, 1-2 кг SO₂, до 50 кг пыли, оксиды азота, аммиак, фенолы и другие вредные химические вещества.

Термические цехи оборудованы нагревательными печами на жидком и газообразном топливе. Вентиляционный воздух таких цехов содержит: пары масла, аммиака, цианистого водорода и других вредных веществ. Из дробеструйных камер после очистки металла от окалины с отходящим газом выбрасывается до 10 г/м ³ твердых частиц.

Сварочные, прокатные и кузнечно-прессовые цехи при обработке металла выделяют много пыли, тумана кислот и масел, токсичные газы. При сварке образуется мелкодисперсная пыль, до 99 % состоящая из субмикронных частиц. Для удаления окалины с поверхности горячекатанной полосы применяют травление серной и соляной кислотами. При этом среднее содержание кислоты в удаляемом воздухе достигает 3 г/м ³. Газовая и плазменная резка металлов приводит к выделению мелкодисперсной пыли, CO, NO_х.

Гальванические цехи и цехи механической обработки металлов используют при травлении растворы серной, соляной, азотной и плавиковой (НF) кислот. При воронении в воздух выделяются особо токсичные пары цианистых солей, хромовой и азотной кислот и др.

Лакокрасочные цехи и цехи по производству неметаллических изделий из стеклопластика, пластмасс, полимеров также значительно загрязняют окружающую среду. В этом случае в атмосферу с выбрасываемым воздухом поступают пары растворителей, красок, SO₂, CO, H₂S, пары бензина, толуола, ксилола, пыль и др. Особенно много вредных веществ выделяется при производстве пластмасс, синтетических волокон и т.п.

Выбросы энергетических установок ТЭЦ, котельных, автотранспорта и других транспортных средств определяются видом используемого топлива и режимами работы агрегатов. При сжигании органического топлива образуется CO₂ и водяной пар. Но в атмосферу с ними поступают и примеси топлива, продукты неполного сгорания топлива: оксид углерода, сажа, углеводороды, бенз(а)пирен, зола, оксиды серы, азота, свинца, урана и тория. Известно, что ТЭЦ мощностью 2,5 млн. кВт за сутки расходует около 20 тыс. т угля и выбрасывает в атмосферу до 700 т SO₂ и SO₃, 200 т оксидов азота, около 200 т твердых частиц (зола, сажа, пыль).

Автотранспорт выбрасывает как нетоксичные (N₂, O₂, H₂O (пары), СО₂, Н₂), так токсичные вредные вещества (NО_х, C_nH_m, альдегиды, сажа, бенз(а)пирен, свинец при использовании этилированного бензина).

Кроме того, в атомной и некоторых других отраслях промышленности имеют место выбросы радиоактивных веществ.

Источники выбросов в атмосферу подразделяют на естественные, обусловленные природными процессами, и антропогенные (техногенные), являющиеся результатом деятельности человека.

Естественные источники обычно бывают площадными (распределенными) и действуют сравнительно кратковременно. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.

Антропогенные (техногенные) источники загрязнения атмосферного воздуха, представленные главным образом выбросами промышленных предприятий и автотранспорта, отличаются многочисленностью видов.

Источники выбросов промышленных предприятий бывают стационарными, когда координата источника выброса не изменяется во времени, и передвижными (нестационарными).

Источники выбросов в атмосферу подразделяют на: точечные, линейные и площадные. Каждый из них может быть затененный и незатененный.

Точечные источники — это загрязнения, сосредоточенные в одном месте. К ним относятся дымовые трубы, вентиляционные шахты, крышные вентиляторы.

Линейные источники имеют значительную протяженность. Это аэрационные фонари, ряды открытых окон, близко расположенные крышные вентиляторы. К ним могут быть также отнесены автотрассы.

Площадные источники. Здесь удаляемые загрязнения рассредоточены по плоскости промышленной площадки предприятия. К площадным источникам относятся места складирования производственных и бытовых отходов, автостоянки, склады горюче-смазочных материалов.

Незатененные, или высокие, источники расположены в недеформированном потоке ветра. Это дымовые трубы и другие источники, выбрасывающие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 высоты расположенных по близости зданий и других препятствий.

Затененные источники расположены в зоне подпора или аэродинамической тени здания или другого препятствия.

Источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу подразделяют на организованные и неорганизованные.

Из организованного источника загрязняющие вещества поступают в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды трубы.

Неорганизованный источник выделения загрязняющих веществ образуется в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу пыли и газов, в места загрузки, выгрузки или хранения продукта. К неорганизованным источникам относят автостоянки, склады горюче-смазочных или сыпучих материалов другие площадные источники.

 В результате неблагоприятного воздействия и загрязнения атмосферы возможны следующие последствия:

1. превышение ПДК многих токсичных веществ (СО, NO₂, SO_2, С_пН_м, бенз(а)пирена, свинца, бензола и др.) в городах и населенных пунктах;

2. образование смога при интенсивных выбросах SO_х и NO_х,

3. выпадение кислотных дождей при интенсивных выбросах SO_х и NO_х,

4. появление парникового эффекта при повышенном содержании СО₂, NO_х, O_3, СН₄, Н₂О и пыли в атмосфере, что способствует повышению средней температуры Земли,

5. разрушение озонового слоя при поступлении и соединений хлора в него, что создает опасность Уф-облучения.

Загрязнение атмосферы оказывает неблагоприятное воздействие не только на человека, но и на флору, фауну, на различного рода сооружения.