2.2 Естественные и антропогенные источники загрязнения атмосферы

Все источники загрязнения атмосферного воздуха подразделяются на естественные и антропогенные.

К естественным источникам загрязнения относятся:

а) внеземное загрязнение воздуха пылью космического происхождения и космическим излучением;

б) земное загрязнение атмосферы при извержениях вулканов, пыльных бурях, лесных и степных пожарах, пылью эрозии почв, частицами морской соли, продуктами растительного, животного и микробиологического происхождения.

Условно разделяют естественное загрязнение атмосферы на континентальное и морское, а также неорганическое и органическое. К источникам органического загрязнения относят аэро-планктон-бактерии, в том числе болезнетворные, споры грибов, пыльцу растений (включая и ядовитую пыльцу амброзии). Уровень таких загрязнений рассматривается в качестве фонового, который мало изменяется во времени.

Антропогенные источники загрязнения атмосферы подразделяют на источники газообразных соединений, радиоактивные, тепловые, шумовые и электромагнитные. Основными антропогенными источниками загрязнения атмосферы являются автомобильный транспорт и промышленные предприятия.

К промышленным источникам загрязнения атмосферы следует отнести:

1. Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. тонн углекислого газа в год. В результате этого за последние 100 лет содержание СО₂ в атмосфере увеличилось на 20 %.

2.Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.

3. Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы.

4. Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, карьеров и при сжигании мусора).

5. Выбросы предприятиями различных газов.

6. Сжигание топлива в промышленных котлах, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

7. Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы).

Все вредные примеси, поступающие в атмосферу от антропогенных источников загрязнения, по своему физическому состоянию подразделяются на твердые (пыль, дым), жидкие (туманы) и газообразные (газы, пары). В зависимости от степени воздействия на организм человека данные примеси делятся на 4 класса опасности:

- 1 класс - чрезвычайно опасные (ПДК<0,1 мг/м³);

- 2 класс – высокоопасные (0,1≤ПДК≤1 мг/м³);

- 3 класс – умеренноопасные (1≤ПДК≤10 мг/м³);

- 4 класс – малоопасные (ПДК>10 мг/м³).

Автомобильный транспорт. Сейчас на Земле эксплуатируется около 900 млн. автомобилей, на их долю приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, особенно в крупных городах, при этом на 90 % воздействие на атмосферу связано с работой автотранспортных средств на линии, остальной вклад вносят стационарные источники (участки, станции технического обслуживания, стоянки и т.д.). Отработавшие газы автомобильных двигателей содержат около двухсот веществ, большинство из которых токсичны. В выбросах карбюраторных двигателей основная доля вредных продуктов приходится на оксид углерода, углеводороды и оксиды азота, в выбросах дизельных двигателей - на оксиды азота и сажу.

В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26-30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/год): СО-700, NO₂ -40, несгоревших углеводородов – 230 и твёрдых веществ – 3-5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения этилированного бензина. В связи с этим в домах, расположенных рядом с большой дорогой (до 10 м), жители болеют раком в 3-4 раза чаще, чем в домах, удаленных от дороги на расстояние 50 м. Вместе с тем транспорт отравляет также водоёмы, почву и растения. Это происходит по двум причинам:

-во-первых, автомобильный двигатель в процессе работы выделяет в атмосферу целый комплекс веществ: соединения серы и свинца, оксиды азота и углерода, альдегиды, ароматические углеводороды, сажу, бенз(а)пирен и так далее;

-во-вторых, автомобиль при движении взаимодействует с поверхностью дороги и результатом этого взаимодействия является аэрозоль, количество которого зависит от многих специфических факторов, характеризующих состояние дороги. Поэтому для оценки качества атмосферы в промышленном городе следует оценивать не только состояние автомобильного парка, но и состояние автомобильных дорог.

Для сокращения вредного влияния транспорта на природу проводятся работы по следующим направлениям:

1. В автотранспорте применяют менее токсичные дизельные двигатели, сжиженный природный газ и специальные добавки в бензин (водород, метанол и высшие спирты). Использование газа позволит снизить в выхлопе содержание вредных веществ до 40 % (оксида углерода, сажи).

2. Применение бензиноводородного топлива (содержание водорода 12 %), при этом экономичность двигателей повысится на 20 %, расход топлива снизится на 40 %.

3. В ближайшей перспективе предполагается использование полностью сгорающего водородного топлива и электромобилей.

Улицы современного города представляют собой сложные инженерные сооружения. Они определяют лицо города, степень его благоустройства. Городские улицы связывают в единую транспортную сеть жилые, промышленные, административные районы и служат для движения городского транспорта и пешеходов, а также размещения зданий и других элементов оборудования и благоустройства.

Поэтому рассмотрим подсистему «автомобиль – дорога» в качестве самостоятельной системы, определяющей качество атмосферы на улицах промышленного города (рисунок 1).

Рисунок 1 Модель улицы промышленного города

Основными элементами этой системы выступают :

1. Автотранспорт, выбрасывающий в атмосферу n-ое количество примесей (газов, тяжелых металлов и т.д.), является источником примесей.

2. Автомобильная дорога – источник пыли.

3. Атмосфера улицы, в которой наблюдается распределение примеси, выступает средой. Под средой нами подразумевается объем воздуха, который определяется характеристиками автодороги (длиной и шириной полотна дороги) и высотой застройки.

4. Метеоусловия, задающие механизм распределения примеси в атмосферном воздухе улицы.

В качестве комплексного показателя, характеризующего качество атмосферы, нами предлагается категория опасности улицы (КОУ), которую определяли через категории опасности (выбросы) автомобильного транспорта (КОА) и автомобильной дороги (КОД), то есть

КОУ = КОА + КОД (3)

Под категорией опасности автомобиля подразумевается объемная скорость генерирования примесей от всего автомобильного транспорта, находящегося на территории города и определяется по формуле 4:

(4)

Таким образом, КОА является характеристикой выбросов двигателей автомобилей, находящихся в уличном потоке, а для оценки категории опасности автомобильного транспорта необходимо знать как интенсивность движения на улицах города, так и природу, и количество выбросов примесей в отработанных газах (ОГ) автомобилей.