Тема 4. Экология и обеспечение качества воздушного бассейна

1. Загрязнение воздушного бассейна.

2. Основные направления охраны атмосферного воздуха.

Ключевые слова: атмосфера, качество атмосферного воздуха, загрязнение атмосферы, охрана атмосферного воздуха, правовое регулирование, контроль, нормирование, экономический механизм.

1. Загрязнение воздушного бассейна

Условием появления и развития жизни на Земле является атмосфера (от гр. atmos  пар, sphaire  шар) — газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли.

Атмосфера имеет слоистое строение, которое включает ряд сфер и расположенные между ними паузы. Так различают несколько основных слоев атмосферы: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера.

Наибольшее воздействие на жизнедеятельность человека и всех живых существ оказывает приземный слой атмосферы (тропосфера), т.к. это наиболее плотный слой атмосферы. Химический состав атмосферы у поверхности Земли в нормальных условиях примерно следующий: азот — 78%, кислород — 21%, углекислый газ — 0,03%, аргон — 0,93%, неон, гелий, водород, озон, метан и другие газы — сотые доли процента.

Важнейшей характеристикой воздушного бассейна является его качество. Под качеством атмосферного воздуха понимают совокупность его свойств, определяющих степень воздействия физических, химических и биологических факторов на человека, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом.

Следовательно, качество атмосферы зависит от степени ее загрязненности.

Загрязнением атмосферного воздуха называется привнесение каких-либо веществ, не характерных для него.

В зависимости от формы материи загрязнения атмосферного воздуха подразделяют на:

• вещественное (ингредиентное), когда источниками загрязнения являются механические, химические и биологические загрязнения, объединяемые, как правило, общим понятием — примеси;

• энергетическое (параметрическое), к которым относятся тепловые, акустические, электромагнитные, ионизирующие излучения и излучения оптического диапазона;

• вещественно-энергетическое, т.е. загрязнение радионуклидами.

В глобальном масштабе наибольшую опасность представляет ингредиентное загрязнение атмосферного воздуха, в том числе химическими примесями, основными из которых являются:

• оксид углерода (СО);

• диоксид углерода или углекислый газ (СО₂);

• диоксид серы (SO₂);

• оксиды азота (оксид NO и диоксид NО₂ азота);

• озон (О₃);

• углеводороды;

• свинец (Pb);

• фреоны.

Загрязнение атмосферы биологическими примесями связано с массовым появлением микроорганизмов.

Для оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха примесями применяется комплексный показатель — индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), который определяется по формуле:

[25, с.68] (4.1)

где — среднегодовая концентрация i-й примеси;

— среднесуточная ПДК для i-й примеси, мг/м³;

К_i равно 0,85; 1,0; 1,3 и 1,7 для 4-го, 3-го, 2-го и 1-го класса опасности соответственно.

В соответствии с существующими методами оценки среднегодового уровня, загрязнение считается низким, если ИЗА≤5, повышенным при 5<ИЗА<7, высоким при 7≤ИЗА<14 и очень высоким при ИЗА≥14.

Параметрические загрязнения влияют на изменение кислородного баланса и повышение концентрации углекислого газа, последствиями чего являются нехватка кислорода и парниковый эффект. Такого рода загрязнения свойственны крупным городам и поселкам, расположенным вдоль автомобильных трасс и вблизи аэродромов.

Радиоактивные загрязнения могут быть как естественного происхождения (небольшие концентрации радионуклидов содержат строительные материалы и практически все ископаемые природные ресурсы), так и антропогенного (испытание ядерного оружия, атомные электростанции).

Масштабы загрязнения обусловлены мощностью выброса и характером воздушных потоков. Различают локальное, региональное и глобальное загрязнение атмосферного воздуха. Локальное загрязнение связано с одним или несколькими источниками выбросов, зона влияния которых определяется главным образом изменчивой скоростью и направлением ветра. Региональное загрязнение охватывает территорию в сотни километров, подпадающую под воздействие выбросов крупных производственных комплексов. Глобальное загрязнение распространяется на тысячи километров от источника загрязнения и нередко охватывает весь земной шар. Прежде всего оно характерно для Северного полушария планеты.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются естественные (природные), производственные и бытовые процессы.

Естественное, или природное, загрязнение происходит за счет естественных факторов, таких как пылевые бури, извержения вулканов, выдувание почв, лесные пожары, различные продукты растительного, животного или микробиологического происхождения.

Производственное загрязнение — следствие деятельности промышленных, сельскохозяйственных, строительных предприятий, работы различных видов транспорта. На территории Беларуси три четверти выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух связаны с работой автомобильного транспорта, причиной остальных являются промышленные предприятия и строительный комплекс. За период 1990-1998 годов произошло внижение объема выбросов от стационарных источников в 2.8 раза (усиление контроля за выбросами, увеличение доли природного газа в топливно-энергетическом балансе страны, спад производственной активности в ряде отраслей промышленности)

 В 2010 году выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников выбросов составили 377,1 тыс. тонн и уменьшились по сравнению с 2009 годом на 17,5%, что обусловлено снижением доли мазута в качестве используемого сжигаемого топлива. Динамика выбросов вредных веществ в атмосферный воздух отражена в табл. 4.1.

Табл. 4.1. Основные показатели, характеризующие состояние и охрану воздушного бассейна Республики Беларусь

	1995	2000	2005	2008	2009	2010
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников – всего, тыс. тонн	528,3	388,3	403,7	397,0	457,2	377,1
в том числе:
твердые вещества	57,3	45,0	44,0	47,6	46,2	44,3
газообразные и жидкие вещества	471,0	343,3	359,7	349,4	411,0	332,8
Уловлено и обезврежено загрязняющих веществ, отходящих от стационарных источников, тыс. тонн	2056,6	2742,9	2902,0	2540,5	2041,4	2862,6
в % к общему количеству веществ, отходящих от стационарных источников	80	88	88	87	82	88
Использовано (утилизировано) загрязняющих веществ, уловленных установками очистки газов, тыс. тонн	1785,6	2514,1	2632,3	2262,8	1796,4	2636,6

Табл. 4.2. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников выбросов в расчете на одного жителя по отдельным городам (килограммов)

	1995	2000	2005	2006	2007	2008	2009
Брест	13	10	11	12	10	10	13
Витебск	41	23	16	16	13	12	19
Могилев	80	30	21	21	19	19	32
Гомель	30	26	28	31	25	27	35
Гродно	53	40	41	43	38	37	48
Минск	34	20	22	23	18	20	27
Мозырь	45	40	28	23	17	10	8
Новополоцк	843	481	507	599	750	548	596

По объемам выбросов от стационарных источников промышленность занимает первое место среди отраслей экономики Беларуси. На ее долю приходится 67,8 % всех выбросов от стационарных источников

Промышленные источники загрязнения анализируются по отраслям, а также по ингредиентам (составу загрязняющих веществ). В глобальном масштабе наиболее крупными загрязнителями являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, химия и нефтехимия, промышленность строительных материалов.

Тепловые электростанции, теплоэлектроцентрали и отопительные котельные потребляют более одной трети добываемого в мире топлива и занимают ведущее место среди других отраслей промышленности по загрязнению воздушного бассейна оксидами серы, азота и пылью. Вследствие техногенной деятельности человека в атмосфере увеличивается концентрация оксида и диоксида углерода. В нее ежегодно вносится 7- Ю10 т С02 в форме продуктов сжигания топлива. Более половины всех выбросов опасных углеродных смесей приходится на пять стран: США(23 %), Китай (13,9 %), Россию (7,2 %), Японию (5 %), Германию (3,8 %). Если потребление минерального топлива и дальше будет возрастать, это может вызвать нежелательные последствия для климата Земли, в частности повышение температуры на 1,5—2 °С.

Другие промышленные предприятия выбрасывают в воздушный бассейн свои специфические примеси. Так, с черной и цветной металлургией связано образование в атмосфере огромного количества пыли, угарного газа, оксидов азота и серы, фенола, формальдегида и многих других вредных веществ. Результатом быстрого развития химической и нефтехимической промышленности стало образование в атмосфере и на поверхности Земли большого количества стойких токсических кислот. Машиностроение — источник выбросов угарного газа, оксидов азота, фенола, формальдегида, щелочей и других вредных веществ, связанных в основном с литейным, гальваническим и красочным производством. В промышленности строительных материалов наиболее мощными выбросами вредной пыли в окружающую местность отличаются предприятия по производству цемента.

Газообразные выбросы промышленных предприятий образуют в атмосферном воздухе аэродисперсные системы, которые за счет турбулентного движения и других процессов долгое время удерживаются в воздухе. Дальность распространения загрязнителей зависит от продолжительности их нахождения и воздухе, а также от метеорологических условий: скорости и направления потоков в атмосфере, осадков и др. Время пребывания в атмосфере углекислого газа составляет от одного до пяти лет, сернистого газа — несколько дней, твердых частиц — от нескольких секунд до нескольких месяцев и даже лет, что зависит от их размеров и высоты источника.

В результате выброса в атмосферу огромного количества диоксидов серы и оксидов азота резко увеличилась кислотность выпадаемых осадков: дождей, снега, тумана. Кислотные осадки снижают урожай, губят растительность, уничтожают жизнь и пресных водоемах. Ветры, не знающие границ, переносят кислотные осадки на огромные расстояния. По некоторым данным, 20 % кислотных осадков в Европе вызваны выбросами промышленности Северной Америки.

Среди отраслей промышленности Беларуси в конце XX столетия особо выделяется энергетика, на ее долю приходится 30-36% от общего объема промышленных выбросов, топливная промышленность (в основном нефтеперерабатывающая) – 16, химическая и нефтехимическая – 6, машиностроение – 10, промышленность строительных материалов – около 9%. В составе выбросов преобладают сернистый ангидрид (43%), оксиды углерода (20%), оксиды азота (11%), твердые выбросы (10%) (рис.4.2).

Рис. 4.2 Структура выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников (процентов)

 

Оценка интенсивности выбросов (отношение массы выбросов к стоимости ВВП), проведенная в конце 1990-х гг., показала, что в Беларуси предприятия выбрасывали в атмосферу в 1,5—2,0 раза больше загрязняющих веществ (особенно S02), чем в большинстве индустриально развитых стран, но значительно меньше, чем в других странах Восточной Европы. Такие результаты обусловлены рядом факторов: значимостью природного газа в топливно-энергетическом балансе республики; практически полным отсутствием работающих на угле электростанций; относительно низкой долей угля в топливе, потребляемом жилищным сектором.

На загрязнении воздушного бассейна Земли сказывается и сельскохозяйственная деятельность человека. Вносимые в почну агрохимикаты переходят в окружающую среду в результате выветривания и с почвенной влагой. Чаще всего загрязнителями являются пестициды, используемые для защиты сельскохозяйственных культур и леса от вредителей и болезней. Велико воздействие и животноводства, особенно крупных животноводческих комплексов — источников поступления в атмосферу и распространения на значительные расстояния аммиака, сероводорода и других газов с резким запахом.

Все более мощными загрязнителями воздушного бассейна выступают различные виды транспорта. Бурный рост автомобилестроения обеспечил автотранспорту во многих странах место лидера по загрязнению окружающей среды. Наиболее негативное воздействие он оказывает в городах. Автомобильные выхлопные газы представляют смесь примерно 200 веществ. Основными вредными примесями являются оксиды углерода и азота, углеводороды, альдегиды, сернистые газы. Из-за неполного сгорания топлива в двигателе часть углеводородов превращается в сажу, содержащую смолистые вещества. Весьма опасная составная часть выхлопных газов автомашин — соединения, образующиеся при сгорании в двигателе тетраэтилсвинца, который добавляют к бензину. Выбросы угарного газа (СО), как и иных загрязнителей, на постсоветском пространстве во многом обусловлены низкими экологическими параметрами автомобилей.

Загрязнение воздушной среды железнодорожным транспортом происходит при использовании тепловозов, проведении погрузочно-разгрузочных работ. Серьезную опасность представляет авиация, так как работа реактивных двигателей связана с расходованием огромного количества кислорода. Запуск сверхмощных ракет нарушает целостность озонового слоя атмосферы и открывает доступ на Землю губительному ультрафиолетовому излучению Солнца. Околоземные слои атмосферы засоряются уже нефункционирующими космическими аппаратами.

Многие бытовые процессы также ведут к загрязнению воздушной среды. Прежде всего это накопление и переработка бытовых отходов. Канализационные системы, кухни, мусоропроводы, свалки являются источниками загрязнения атмосферы городов и других населенных мест. В большом городе заметно проявляется загрязнение воздуха его населением. Каждый человек ежедневно выдыхает около 10 м3 воздуха, насыщенного парами воды и содержащего около 4 % углекислого газа, поэтому в городе с пятимиллионным населением люди ежесуточно отдают в атмосферу около 2 млн м3 углекислого газа, 600 м3 водяного пара.

Воздушная среда является распространителем таких специфических «загрязнителей», как шумы, инфразвук, вибрации, электромагнитные поля и ионизирующие излучения.

Шумовые характеристики транспортных средств на автомобильных магистралях крупных городов Беларуси составляют 70 85 дБ (децибел), трамвайных линий — от 71 до 80, железнодорожных потоков — от 60 до 75, вблизи аэропортов — до 105 дБ. На отдельных пригодных для заселения территориях, примыкающих к промышленным предприятиям Минска, уровни звукового давления достигают 100—120 дБ (допустимо 60 дБ). В целом в Минске более четверти селитебной территории, на которой проживает около 30 % населения города, находится в зонах акустического дискомфорта.

В 2010 году общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от мобильных и стационарных источников составил 1,3 млн. тонн и уменьшился по сравнению с 2009 годом на 17%.(Рис. 4.1)

 Рис. 4.1. Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от мобильных и стационарных источников (тысяч тонн)

 

Следует отметить, что атмосферные загрязнения оказывают многообразное вредное влияние на организм человека, животных, растения и микроорганизмы, вызывают глобальные изменения в биосфере, наносят ощутимый экономический ущерб. Поэтому весьма актуальным является вопрос охраны качества атмосферного воздуха.