Тема 2. Рациональное использование атмосферного воздуха Анализ основных источников и загрязнителей атмосферы

Под загрязнением атмосферы или воздуха следует понимать изменение ее состава при поступлении примесей. Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, пыль и аэрозоли.

Существуют два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный.

Естественные источники. Космическая пыль, которая образуется из остатков сгоревших метеоритов при их прохождении в атмосфере. Ежегодно ее выпадает на Землю 2-5 млн т. Природная пыль является постоянной составной частью земной атмосферы. Она представляет собой мельчайшие твердые взвешенные в воздухе частицы радиусом 10^-4-10^-3 см и ядра конденсации со средним радиусом 5∙10^-6 см. Частицы природной пыли имеют органическое и неорганическое происхождение и образуются в результате разрушения и выветривания горных пород и почвы, вулканических извержений, лесных, степных и торфяных пожаров, испарения с поверхности морей. Одним из источников пыли в нижних слоях атмосферы являются безводные пустыни и степи. Кроме того, она образуется аэропланктоном, спорами растений, плесневыми и другими грибами, продуктами гниения, брожения и разложения растений и животных.

Атмосферный воздух над океаном включает мельчайшие кристаллы солей магния, натрия, калия, кальция, образующие­ся в результате высыхания в воздухе брызг воды. Как правило, естественное загрязнение не угрожает отрицательными последствиями для биогеоценозов и обитающих в них живых организмов, хотя кратковременные последствия возможны.

Атмосферная пыль способствует конденсации водяных паров, а, следовательно, и образований осадков. Кроме того, она поглощает прямую солнечную радиацию и защищает организмы от солнечного излучения. Академик В. И. Вернадский отмечал, что атмосферная пыль играет огромную роль в химии планеты.

Биологическое разложение веществ на Земле, в том числе жизнедеятельность почвенных бактерий, ведет к образованию и вынесению в атмосферу больших количеств сероводорода, аммиака, углеводородов, оксидов азота (N₂О, NО, NО₂), оксида и диоксида углерода.

Источниками антропогенного поступления в атмосферу примесей являются теплоэнергетика, промышленность, нефте- и газопереработка, транспорт, испытания термоядерного оружия. Каждый из этих источников (и каждая отрасль производства) связан с выделением специфических примесей, состав которых насчитывает десятки тысяч веществ, выявление и идентификация которых иногда затруднительна.

Однако наиболее обычные загрязняющие вещества, поступающие в атмосферу в большом количестве и называемые поэтому многотоннажными, сравнительно немногочисленны. Наиболее распространенные выбросы промышленности следующие: зола, пыль, оксид цинка, силикаты, хлорид свинца; диоксид и триоксид серы, сероводород, меркаптан; альдегиды, углеводороды, смолы; оксид и диоксид азота, аммиак; озон, оксид и диоксид углерода; фтороводород, хлороводород, кремнефторид натрия, радиоактивные газы, аэрозоли.

Тепловые электростанции выделяют в атмосферу газы, содержащие оксиды серы и азота, золу, металлы; предприятия черной металлургии — газы, включающие пыль, оксиды серы и металлов. На 1 т передельного чугуна приходится 4,5 кг пыли, 2,7 кг SО₂, 0,1-0,5 кг марганца, а также соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, ртути, редких металлов, смолистые вещества.

Агломерационные фабрики выбрасывают пыль и диоксид серы (190 кг SО₂ на 1 т руды). При производстве 1 т мартеновской стали выделяется 3000-4000 м³ газов (с концентрацией пыли в среднем 05 г/м³), 60 кг СО и 3 кг SО₂. Коксохимические цехи загрязняют атмосферу пылью и смесью летучих соединений.

Предприятия цветной металлургии выбрасывают запыленные газы, содержащие диоксид серы, фтористые газы и металлы. Из тонны пыли, выделяемой в атмосферу при плавке медных руд, можно извлечь до 100 кг меди и немного меньше свинца и цинка.

Выбросы нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности в атмосферу содержат углеводороды (в том числе стирол, дивинил, толуол, изопрен), сероводород и другие с неприятным или резким запахом газы.

Заводы промышленности строительных материалов выбрасывают пыль, фториды, диоксиды серы и азота.

Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха приходится на долю оксидов углерода, соединений серы и азота, углеводородов и промышленной пыли. За год в атмосферу Земли выбрасывается 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, 120 млн т золы, более 50 млн т различных углеводородов.

Прогрессирующее насыщение биосферы тяжелыми металлами — одно из наиболее существенных глобальных последствий научно-технической революции. Подсчитано, что за всю историю человеческого общества выплавлено около 20 млрд т железа. Количество железа в составе сооружений, машин, оборудования и т д. сейчас исчисляется приблизительно в 6 млрд т. Следовательно, примерно 14 млрд т рассеяно в окружающей среде. Другие металлы рассеиваются еще больше. Например, рассеивание ртути и свинца составляет 80—90 % от годового производства. При сжигании угля с золой и отходящими газами некоторых элементов в окружающую среду поступает больше, чем добывается из недр: магния — в 1,5 раза, молибдена — 3, мышьяка — в 7, урана, титана — в 10, алюминия, йода, кобальта — в 15, ртути — в 50, лития, ванадия, стронция, бериллия, циркония — в сотни раз, галлия, германия — в тысячи раз, иттрия — в десятки тысяч раз.