Классификация атмосферных загрязнений

По своим масштабам заслуживают внимания, прежде всего, три источника, как транспорт, индустрия и военно-промышленный комплекс. В среднем на долю транспорта приходится 60% общего количества загрязнений, поступающих в атмосферу, на долю промышленности - 17%, энергетики - 1 4%, на отопление и уничтожение отходов - 9%.

Атмосферные загрязнители классифицируют по пути поступления в атмосферу на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд сернистый газ является первичным загрязнителем атмосферы. Сернистый газ окисляется до серного ангидрида:

SO₂ + О₂ ? SO₃,

который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты:

SO₃ + H₂O ? H₂SO₄.

При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком и водой образуются кристаллы сульфата аммония:

SO₃ + 2NH₃ + H₂O ? (NH₄)₂SO₄.

Серная кислота и сульфат аммония - вторичные загрязнители. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные загрязнители.

Около 85% общего выброса вредных веществ в атмосферу составляют сернистый газ, окись углерода, оксиды углерода и аэрозольная пыль. Половина остальных 15% специфических вредных веществ приходится на углеводороды, другая половина - на аммиак, сероводород, фенол, хлор, сероуглерод, фтористые соединения, серную кислоту.

Аэрозоли

Опасным элементом загрязнения атмосферы являются аэрозольные образования. Аэрозоли - это дисперсные системы, в которых дисперсионной средой служит газ, а дисперсными фазами являются твердые или жидкие частицы. Обычно размеры частиц аэрозолей ограничивают интервалом 1 0^-7 ∙ 1 0^-3 см. Наиболее распространенные аэрозоли можно разделить на три группы. Пыль - дисперсные системы, состоящие из твердых частиц, диспергированных в газообразной среде.

Дымами являются аэрозоли, которые получаются при конденсации газа. Туман - это дисперсная система, состоящая из жидких частиц в газообразной среде.

В механизме образования аэрозолей существенную роль играют центры конденсации, сублимации, кристаллизации, обычно называемые ядрами. Для воз­никновения устойчивого зародыша новой фазы, например, капли жидкости в газе необходима дополнительная энергия, связанная с возникновением поверхности раздела фаз.

Седиментация, испарения, конденсация, электромагнитные поля, броуновское движение - эти самые разнообразные физические факторы способны вызывать изменения в аэродисперсной системе. Естественными источниками атмосферных аэрозолей служат вулканы и гейзеры, разрушающиеся горные породы, пылевые бури, почвенная эрозия и лесные пожары. Природные выбросы аэрозолей всегда влияли на среду человеческого обитания. Однако, уравновешиваясь общим круговоротом веществ в природе, они не вызывали глубоких экологических изменений. Антропогенные же факторы, активная деятельность ноосферы приняли такой размах, что природные круговороты, в конце концов, не могут скомпенсировать перегрузки. Достаточно сказать, что сейчас в земной атмосфере взвешено около 20 млн. т частиц, из которых примерно три четверти приходится на долю выбросов промышленных предприятий.

Основной параметр, характеризующий взвешенные частицы, - это их размер. Наиболее опасными для легких человека являются частицы от 0,5 до 5 мкм;

более крупные задерживаются в полости носа, более мелкие в дыхательных путях не оседают, и мы их выдыхаем. На аэрозольные частицы могут оказывать влияние самые различные силы: гравитационные, электрические, центробежные, звуковые, магнитные. Под действием внешних сил частицы перемещаются, как бы раздвигая на своем пути газовую среду. Ее сопротивление, эквивалентное силе трения и препятствующее движению частицы, определяется известным законом Стокса:

F = 6πnrrv,

где F - сила трения, r - радиус частицы, V - ее скорость и n - вязкость среды.

Используя закон Стокса, можно определить скорость осаждения частиц под влиянием силы тяжести (седиментации). Расчеты показывают [10], что в спокойном воздухе скорость осаждения частиц размером 1 00 мкм составляет 25 см/с, 10 мкм - 0,3 см/с, а 1 мкм - всего 0,003 см/с. Это означает, что частицы размером 1 00 мкм при высоте источника выброса 10 м осядут за 40 с, а размером в 1 мкм -лишь за 93 ч. Результаты этого простого расчета показательны с двух точек зрения. Медленное оседание аэрозолей предопределяет изменение прозрачности воздуха со всеми вытекающими отсюда последствиями, и обратно: быстрое их оседание может отрицательно сказаться на зеленом покрове Земли.