Тема 2.Атмосфера, источники загрязнения атмосферы, охрана воздушного бассейна.

Цель: дать понятия «атмосфера», оценить роль атмосферы в жизнедеятельности человека, рассмотреть основные источники загрязнения атмосферы, осветить основные направления охраны воздушного бассейна.

План занятия:

1.Роль атмосферы в жизнедеятельности людей. Характеристика и состояние атмосферы.

2. Классификация и основные характеристики источников загрязнения атмосферы. Последствия загрязнения атмосферы.

3. Качество атмосферного воздуха в РБ, нормирование атмосферного загрязнения. Характеристика основных очистных сооружений.

Ключевые определения: атмосфера, тропосфера, ионосфера, атмосферный воздух, загрязнение, радиоактивное загрязнение атмосферы, локальное загрязнение, глобальное загрязнение, региональное загрязнение, озоновая дыра, естественные источники загрязнения, производственные источники загрязнения, ПДК, санитарно-защитная зона.

1. Роль атмосферы в жизнедеятельности людей. Характеристика и состояние атмосферы.

Атмосфера — окружающая Землю газовая среда, воздушный бассейн. Земная атмосфера простирается на высоту 1,5—2 тыс. км над уровнем моря или суши. Различают несколько основных слоев атмосферы. Нижний, прилегающий к земной поверхности, называется тропосферой (высота — 8—10 км у полюсов и 16—18 км — над экватором). Температура с высотой падает. Выше начинается стратосфера, которая простирается до высоты 50 -55 км. Этот слой атмосферы значительно разрежен, количество кислорода уменьшается, а водорода, гелия и других легких газов увеличивается. Здесь, на высоте 22-28 км, образуется озоновый слой -(1,5-2мм) (сродни страницы из библиотеки). Экран поглощает ультрафиолетовые лучи.

Мезосфера (55-90 км)и термосфера (90 км и выше) вместе образуют мощный слой, называемый ионосферой (область заряженных частиц — ионов и электронов).

Самая верхняя, сильно разреженная, часть атмосферы составляет экзосферу. В ней преобладают газы в атомарном состоянии, температура повышается до 2000°C. Наибольшее воздействие на жизнедеятельность человека и всех живых существ оказывает приземный слой атмосферы.

Химический состав воздуха у поверхности Земли в нормальных условиях примерно следующий: азот — 78 %, кислород — 20,94 %, углекислый газ — 1 %, аргон, неон, гелий, водород, озон, метан и другие газы — сотые доли процента. Атмосферный воздух — это механическая смесь газов с взвешенными каплями воды, пыли, кристаллами льда и пр. Нет, пожалуй, такого ресурса, кроме самого воздуха, отсутствие которого становилось бы проблемой для человека уже менее чем через минуту. В течение суток человеку необходимо для дыхания примерно 13 м³ воздуха. Человек может прожить без пищи 5 недель, без воды — 5 дней, без воздуха — 5 минут.

Функции атмосферы.

• Предохранение от ультрафиолетового излучения, предохранение от метеоритов и т.п.

• Удержание теплового баланса – «функция одеяла», предохраняет от чрезмерного охлаждения и нагревания (температура в космосе -260 С.) Суточные колебания температуры на нашей планете без атмосферы достигли бы 200 С: днем +100 °С и выше, ночью -100 °С.

• Необходима для поддержания жизни всех биологических видов на Земле (кислородообразующая) Самая важная для человека составная часть воздуха — кислород. В теле человека содержится около 65 % кислорода, и при его недостатке нарушается деятельность всех органов (прежде всего легких, сердца, головного мозга).

• «фабрика» климата и погоды. Именно здесь происходят все климатические процессы, формируются облака и т.п.

• Использование химических составляющих атмосферного воздуха в технологических процессах промышленного производства. Автомобильный транспорт - в процессе горения органического вещества интенсивно потребляется кислород. Аргон и азот применяются в металлургии, химической и нефтехимической промышленности (для осуществления ряда технологических процессов). На всех металлургических и химических предприятиях ежегодно расходуется несколько десятков млрд т кислорода. Из атмосферного азота производятся минеральные азотные удобрения, азотная кислота и ее соли. Из атмосферного воздуха получают также водород.

• Атмосфера является средой распространения света и звука.

2. Классификация и основные характеристики источников загрязнения атмосферы. Последствия загрязнения атмосферы.

Важнейшей характеристикой воздушного бассейна является его качество, так как жизнедеятельность людей требует не просто воздуха, но воздуха определенной чистоты. От качества воздуха зависят здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность любых конструкций зданий и сооружений. Под атмосферным загрязнением понимают присутствие в воздухе газов, веществ, тепла, колебаний, излучений, которые неблагоприятно влияют на человека, животных, растения, климат, материалы, здания и сооружения. Особенно острой проблема загрязнения атмосферы стала во второй половине XX в., то есть в период научно-технической революции, выработкой и потреблением электроэнергии, выпуском и использованием в большом количестве транспортных средств. Загрязнение атмосферного воздуха может быть локальным, региональным и глобальным. Локальное загрязнение обусловлено одним или несколькими источниками выбросов. Под региональным загрязнением понимается загрязнение атмосферного воздуха на территории в сотни километров. Глобальное загрязнение, распространяется на тысячи километров от источника загрязнения и нередко смыкается в пределах всего земного шара.

Основными источниками загрязнения атмосферы являются природные, производственные а также бытовые процессы. Естественное, или природное загрязнение происходит за счет естественных факторов: пылевых бурь, извержения вулканов, выдувания почв, различных продуктов растительного, животного или микробиологического происхождения, лесных пожаров.

Основные естественные и антропогенные загрязнители атмосферы.

К первым можно отнести - извержения вулканов, лесные и степные пожары, и, наконец, космическая пыль. Со всеми этими загрязнителями биосфера как саморегулирующаяся система благополучно справляется. Иногда, правда, катастрофические катаклизмы могут нарушать сложившийся в природе баланс. Так, вулкан Кракатау близ острова Ява при извержении в 1883 г. выбросил огромное количество пепла и пыли. Все это сказалось на локальном изменении интенсивности солнечной радиации у поверхности Земли и вызвало небольшое изменение теплового баланса планеты. Сходный эффект могут вызывать крупные лесные пожары и пылевые бури.

Однако гораздо более опасны искусственные загрязнители. Условно их можно разделить на несколько групп.

1. Механические загрязнители - различные выбросы промышленных предприятий (цементные заводы), дым от сгорания угля в котельных, сажа от сгорания нефти, истирающаяся резина автопокрышек и т.п.

2. Химические загрязнители - пылевидные или газообразные вещества, способные вступать в химические реакции (фотохимический смог).

3. Радиоактивные загрязнители - опасные выбросы радионуклидов в результате аварий на атомных электростанциях, атомных военных объектах, радиоактивное загрязнение от оружия массового поражения и от отходов ядерного производства.

Поступление вредных веществ из атмосферы:

1.С атмосферными осадками. Многие химические соединения (газы - оксиды серы и азота), попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками попадают в почву.

2.Осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей. Твердые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают непосредственно в виде пыли и аэрозолей.

3.При непосредственном поглощении почвой газообразных соединений. В сухую погоду газы могут непосредственно поглощаться почвой, особенно влажной.

4.С растительным опадом. Различные вредные соединения, в любом агрегатном состоянии, поглощаются листьями или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают в почву.

Самыми распространенными вредными веществами, загрязняющими атмосферу являются: оксид углерода (СО), диоксид серы (S0₂,) оксид азота (NO), метан (СН₄ )и пыль.

Десять главных соединений-загрязнителей биосферы (по данным ЮНЕСКО)

Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнении воздуха являются ТЭС, обогатительные фабрики, металлургические, цементные заводы.

Загрязнение атмосферы таит в себе и другую опасность - оно снижает количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. По данным Национального управления США по изучению атмосферы над территорией этой страны солнечная радиация уменьшается осенью на 8 %. В среднем с 1964 г. она упала на 1,3 %, что эквивалентно потере примерно 10 мин солнечного дня в сутки. Эта, казалось бы, мелочь может иметь серьезные климатологические последствия.

Основным источником загрязнения атмосферы является промышленность и прежде всего тепловые электростанции и топки промышленных предприятий. Дымовые трубы электростанции ежегодно выбрасывают в атмосферу Земли более 250 млн. т золы, до 60 млн. т сернистого газа. Угольная электростанция мощностью 700 МВт, работающая при полной или средней нагрузке и потребляющая в год около 1 млн т угля. с содержанием серы 1%, за час работы выбрасывает в воздух: 500 т диоксида углерода, 0,15 т оксида углерода, 7,0 т диоксида серы, 1,7 т оксидов азота, 0,05 т углеводородов и 0,7 т пыли. При сжигании одной тонны угля поглощается такое количество кислорода, сколько его необходимо для 3.5 тыс. человек. Так, в 1 т угольной золы в среднем содержится 200 г свинца, 400 г урана, по 500 г германия и мышьяка, 700 г никеля и т.д.

От сжигания всех видов топлива, в том числе и каменного угля, за последние полвека содержание диоксида углерода в атмосфере увеличилось почти на 288 млрд.т, а израсходовано более 300 млрд.т кислорода. Таким образом, с момента первых костров первобытного человека атмосфера потеряла около 0,02 % кислорода, а приобрела до 12 % углекислого газа. В настоящее время ежегодно человечество сжигает 7 млрд.т топлива, на что потребляется более 10 млрд.т кислорода, а прибавка диоксида углерода в атмосфере доходит до 14 млрд.т. В ближайшие же годы эти цифры будут расти, к 2020 г. в атмосфере исчезнет около 12 000 млрд.т кислорода (0,77 %). Таким образом, через 100 лет состав атмосферы существенно изменится и, надо полагать, в худшую сторону.

Значительную лепту в общий баланс механических загрязнителей вносят и цементные заводы. Цементная пыль способна превратить зеленый оазис в безжизненно-серый пустырь, кроме того, она значительно влияет на здоровье человека.

На загрязнении воздушного бассейна Земли сказывается и сельскохозяйственная деятельность человека. Вносимые в почву агрохимикаты распространяются в окружающую среду за счет выветривания и с почвенной влагой. Особенно возрастает влияние животноводства в связи со строительством крупных животноводческих комплексов. В результате в атмосферу поступают и распространяются на значительные расстояния аммиак, сероводород и другие газы.

Все более мощными загрязнителями воздушного бассейна выступают различные виды транспорта. Значительно загрязняет атмосферу автотранспорт, парк которого уже сейчас насчитывает более 500 млн. По подсчетам специалистов, машины „размножаются" в 7 раз быстрее людей. Загрязнение атмосферы различными вредными газами и твердыми частицами приводит к тому, что воздух крупных городов становится опасным для жизни людей. В некоторых городах США, Японии, Германии регулировщики уличного движения дышат кислородом из специальных баллонов. Пешеходам эта возможность предоставляется за дополнительную плату. В Токио и некоторых других городах Японии на улицах устанавливаются кислородные баллоны для детей, чтобы они по дороге в школу могли глотнуть свежего воздуха. Японские предприниматели открывают специальные бары, где люди поглощают не алкогольные напитки, а свежий воздух.

До недавнего времени наиболее опасными источниками загрязнения свинцом были двигатели автомобилей. Еще древние греки и римляне знали, что рабы, работающие на свинцовых рудниках, подвержены отравлению свинцовой пылью. Коварство отравления свинцом связано с тем, что при многолетнем поступлении в организм даже ничтожных количеств металла развивается тяжелое заболевание, поначалу никак себя не обнаруживающее. Даже если человек получает ежедневно всего миллиграмм свинца, у него через определенное время появляются боли в области сердца.

Интересно утверждение американского историка медицины Сибири Гилфиллана о том, что массовое отравление населения свинцом привело к крушению Римской империи. Такое утверждение может вызвать усмешку, однако не следует торопиться. Дело в том, что в империи было принято подслащать вино так называемой сапой - сильно уваренным в котлах виноградным соком. И с этой вот сапой представители высшего света древнеримского общества на своих пиршествах ежедневно получали намного более миллиграмма свинца в день. В дальнейшем привычка подслащать сапой вино перекочевала и в Германию. В итоге в конце XVII в. в стране разразились многочисленные эпидемии кишечных колик, которые были напрямую связаны со свинцовым отравлением. В Вюртемберге в 1696 г. был даже принят закон, по которому каждому, кто будет подслащать вино "свинцовым сиропом", грозит смертная казнь.

Переход на бессвинцовый бензин несколько улучшил ситуацию. Тем не менее свинец, содержащийся в выхлопных газах автомобилей, может повышать содержание свинца в почве близ оживленных автострад. Именно поэтому не рекомендуется собирать и использовать растения и их плоды вблизи автодорог.

Появляются различные проекты создания двигателей, работающих на других видах топлива. Электромобили уже не новость, во многих странах мира есть опытные образцы, но пока их широкое внедрение в жизнь сдерживается из-за малой мощности аккумуляторов. В последнее время появилась новая идея - автомобиль с инерционным двигателем. К сооружению его приступили американские компании. Он будет снабжен двумя тяжелыми маховиками, работающими в вакууме. Для их раскручивания перед выездом предусмотрен электромотор, питающийся от бытовой сети. Одной зарядки хватит на 80 км пробега со скоростью 96 км/ч. Максимальная скорость такого автомобиля достигает 160 км/ч. Автомобиль, которому не нужен ни бензин, ни другое горючее и который не производит выхлопных газов скоро будет внедрятся в жизнь.

В Бразилии по распоряжению президента парк официальных транспортных средств переводится на автомобили со спиртовыми двигателями. Государственный заказ на изготовление партии экологически чистых машин – по 24 тыс. в год – получил филиал итальянской компании «Фиат». Бразилия первой начала использовать технический спирт в качестве автомобильного топлива. Она же обладает лучшей в мире технологией производства этого продукта из сахарного тростника. В спирте отсутствует свинец, от него значительно меньше вредных выбросов в атмосферу. По примеру бразильцев в США нашли способ производства спирта из кукурузы, который пока слишком дорогой, но в будущем может стать рентабельным. В Италии спирт получают из сорго, в России – из древесных опилок.

До недавнего времени существует проблема загрязнения атмосферы резиновой пылью от истирающихся автопокрышек колес автомобилей. Несмотря на усовершенствование технологий производства автопокрышек эта проблема пока еще остается насущной. Достаточно сказать, что в год каждый автомобиль выделяет примерно 10 кг резиновой пыли. По сведениям американских специалистов над Вашингтоном помутнение атмосферы в результате запыленности может составлять от 60 %до 88 %. Над Тихим океаном прозрачность атмосферы снизилась на 30 % всего за десять лет - с 1957 г. по 1967 г.

Такой материал, как асбест, широко применяемый в технике, способен провоцировать заболевания легких. В последнее время благодаря разработке и внедрению эффективных фильтров для промышленных предприятий количество поступающих в атмосферу механических частиц снизилось. Первенство перешло к химическим загрязнителям.

Автомобиль также и один из источников шумового загрязнения города. В городах с интенсивным автомобильным движением уровень шума превышает 70 дБ (децибел).

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. Чтобы пересечь Атлантический океан, современный реактивный лайнер поглощает 35 т кислорода и оставляет инверсионные следы, увеличивающие облачность. Запуск сверхмощных ракет нарушает целостность озонового слоя атмосферы.

Многие бытовые процессы также ведут к загрязнению воздушной среды, прежде всего — накопление, сжигание и переработка бытовых отходов. Каждый человек ежедневно выдыхает около 10 м³ воздуха, содержащего около 4 % углекислого газа. Поэтому в городе с пятимиллионным населением люди ежесуточно выделяют в атмосферу около 2 млн. м³ углекислого газа, 600 м³ водяного пара.

Радиоактивное загрязнение. Источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды явились, прежде всего, экспериментальные взрывы при испытаниях атомных и водородных бомб, различные производства, связанные с изготовлением ядерного оружия, а также ядерные реакторы и атомные электростанции, отходы атомных предприятий и установок. Крупнейшей катастрофой явился взрыв ядерного реактора на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Радиоактивное загрязнение воздушной среды такими летучими элементами, как цезий-137, стронций-90, плутоний распространилось по всей Европе. Самое большое пятно очень сильного загрязнения (более 40 Ки на 1 км²) находится в Беларуси — 2,6 км², далее идут Украина — 0, 56 км - и Россия — 0,46 км², пятна были обнаружены в Финляндии, Австрии, Швеции и Франции. Подсчитано, что социально-экономический ущерб от аварии за 30 лет (1986—2015 гг.) составит 235 млрд. дол. США.

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

В результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу земли поступают оксиды серы - SO₂ и азота - NO_x (N₂O, NO₂). Соединяясь с частицами воды, оксиды серы и азота образуют серную (H₂SO₄) и азотную (HNO₃) кислоты. Рассмотрим образования кислотных осадков, связанных с выбросами в атмосферу закиси азота – N₂O.

Для рассмотрения механизмов их вредного воздействия на экосистемы и людей введены такие понятия как кислотность водного раствора. Водные растворы могут иметь рН от 0 до 14. Нейтральные растворы имеют рН 7, кислая среда характеризуется значениями рН меньше 7, а щелочная - больше 7. Чистая дождевая вода имеет слабокислый показатель водорода. В дождевой воде практически нет щелочноземельных элементов (Ca⁺², Mg⁺²), поэтому она мягкая (требуется большое количество этой воды, чтобы смыть мыло или шампунь). Изменение значения pH на единицу соответствует изменению концентрации ионов водорода в 10 раз.

Атмосферные осадки, рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5,6), получили название кислотных (кислых) дождей. Впервые этот термин был введен в употребление британским химиком Робертом Энгусом Смитом в1872г. Занимаясь вопросами загрязнение города Манчестера, Смит доказал, что дым и пары содержат вещества, вызывающие серьезные изменения в химическом составе дождя, и что эти изменения можно заметить не только вблизи источника их выделения, но и на большом расстоянии от него". Он также открыл некоторые виды вредных воздействий кислотных дождей: обесцвечивание тканей, коррозию металлических поверхностей, разрушение строительных материалов и гибель растительности. Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН между 7 и 9,2. С увеличением кислотности водяные растения начинают погибать. Когда кислотность повышается до рН 5,5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья. Затем гибнет планктон. Когда кислотность достигает рН 4,5, погибает вся рыба.

Хотя почвы и являются менее восприимчивыми к подкислению, нежели водоемы, произрастающая на них растительность крайне негативно реагирует на увеличение кислотности. Кислые осадки в виде аэрозолей обволакивают хвою и листву деревьев, проникают в крону, стекают по стволу, накапливаются в почве. Прямой ущерб выражается в химическом ожоге растений, снижении прироста, в изменении состава подпологовой растительности.

Несмотря на то, что сигнал тревоги Роберта Смита прозвучал давно, индустриальные государства долго игнорировали опасность кислотных осадков. И только в начале 50-х годов канадское правительство разработало программу изучения и мониторинга вод в озерах Новой Шотландии, где наблюдалось быстрое повышение кислотности. В 60-е годы Скандинавия сообщила об уменьшении косяков рыбы и даже ее полном исчезновении в некоторых озерах. За несколько десятилетий размах этого бедствия стал настолько широк, что в 1982 г. в Стокгольме состоялась специальная международная конференция по кислотным дождям, в которой приняли участие представители 20 стран и ряда международных организаций.

Специалисты отмечают, что термин "кислотные дожди" недостаточно точен. Для такого типа загрязнителей лучше подходит выражение "кислотные осадки", т.к. загрязняющие вещества могут выпадать не только в виде дождя, но и в виде снега, облаков, тумана ("влажные осадки"), либо в виде газа и пыли ("сухие осадки").

Следует отметить, что от действия кислотных осадков страдает не только природное окружение человека. Их разрушительным действиям подвергаются многие эстетически значимые для человека памятники мировой культуры. Так, например, всемирно известный памятник архитектуры Древней Греции – Акрополь подвергается постепенному разрушению. Немаловажное значение при этом имеет действие кислотных дождей. Греческий специалист подсчитал, что за последние 25 лет афинские памятники разрушились от загрязнения воздушной среды в большей степени, чем за предыдущие 2400 лет.

Под действием слабых растворов кислот разъедается древний мрамор. Для соединения отдельных архитектурных элементов древние греки использовали небольшие стержни и скобы из железа, покрытых тонким слоем свинца. Тем самым они были защищены от ржавчины. Во время же реставрационных работ (1896-1933 гг.) были использованы стальные детали без всяких мер предосторожности. Поэтому сейчас под действием раствора кислот в мраморных структурах образуются обширные трещины, мрамор раскалывается.

В Италии классические мраморные бюсты превращаются в безносые и безухие гипсовые нелепости. В Катовице поезда вынуждены на некоторых участках снижать скорость из-за коррозии железнодорожных путей вследствие повышенной кислотности среды. Чтобы сохранить для потомков эти бесценные творения древних зодчих, специалисты намерены покрыть наиболее пострадавшие части памятников специальным защитным слоем из пластика.

Результаты исследований, проведенных по инициативе одной из комиссий ООН, свидетельствуют, что кислотные осадки также оказывают губительное воздействие и на старинные витражные стекла в Европе. Под угрозой находится более 100 000 образцов цветного стекла. Исследования показали, что старинные витражи находились в хорошем состоянии до начала XX века. Однако за последние годы процесс разрушения ускорился, и через несколько десятков лет они могут погибнуть окончательно, если не будут проведены необходимые реставра­ционные работы.

Специфическая особенность кислотных дождей – их перенос на большие расстояния. Трансграничный перенос кислотных осадков – одна из причин конфликтных взаимоотношений США и Канады. Главными виновниками загрязнения воздуха и выпадения кислотных дождей являются США, страны СНГ, Польша, Германия, Великобритания, Канада и Китай.

Загрязнение тропосферы газами приводит к образованию канцерогенного фотохимического тумана, называемого смогом. Термин "смог" впервые был употреблен более 100 лет назад, применительно к жёлтой смеси из дыма и тумана. Позже его применяли для характеристики задымлённых условий в атмосфере в Лос-Анджелесе, Детройте, Нью-Йорке. Лос-анджелесский смог. Детройтский смог. Нью-йоркский смог.

Особую опасность для жизни людей представляют смертоносные туманы, опускающиеся на крупные города. Самая большая трагедия произошла в 1952 г. в Лондоне. Проснувшись утром 5 декабря, лондонцы не увидели солнца. Необычайно плотный смог, смесь дыма и тумана, держался над городом 3-4 дня. Этот смог, по официальным данным, унес 4 тыс. жизней. Такие туманы не раз душили людей и других городов Западной Европы, Америки и Японии. В бразильском городе Сан-Паулу уровень загрязнения воздуха в 3 раза превышает максимально допустимые нормы, а в Рио-де-Жанейро - в 2 раза. Японский город Нагоя получил титул „японской столицы смога".Токио вышел на третье место среди японских городов по числу заболеваний, вызванных загрязнением окружающей среды. В середине октября 1975 г. серьезная угроза отравления нависла над этим огромным городом. Концентрация различных вредных оксидов в несколько раз превысила допустимый уровень. Токийские власти отдали распоряжение всем фабрикам и заводам сократить потребление топлива на 40 %.

Осаду смертоносных туманов не выдерживают даже растения. При повышении концентрации смога на листьях растений уже через 6 ч. появляются белые пятна. За последние 10 лет зеленая зона Токио сократилась на 12 %, сейчас на каждого горожанина приходится не более 1 м² зеленых насаждений. Появились фирмы, которые сдают деревья напрокат. Аренда полуметрового живого растения в горшке стоит в месяц примерно 4000 йен. Но и эти кочующие по городу „одноместные парки" не выдерживают загрязнения атмосферы, чахнут и увядают. Все чаще и чаще для „озеленения" промышленность выпускает синтетические пальмы, бамбук, цветы, траву и целые искусственные газоны.

Чтобы вовремя принять защитные меры от смога, в Кентском университете (США) сконструирован специальный мини-противогаз. Если загрязнение воздуха принимает угрожающие размеры, то на приборе вспыхивает миниатюрная лампочка. Одним движением руки можно достать портативную маску и защитить свои легкие от ядовитых веществ. В Японии выведен специальный сорт бегонии „зимняя королевская", которая служит индикатором фотохимического смога.

Можно выделить два типа смога: связанный с загрязнением воздуха 1.-выхлопными газами транспорта, содержащими окислы азота (лос-анджелесского смога), и 2 -связанный с загрязнением атмосферы дымами, содержащими двуокись серы (лондонский смог).

Некоторые характеристики антропогенных облаков и туманов.

Как видно из таблицы, лос-анджелесский смог появляется при более высокой температуре и меньшей влажности, чем лондонский. Смог образуется в ясную солнечную погоду при низкой влажности воздуха, смог вызывает у людей раздражение глаз и губит листву у растений. Например, в 1952 г в течении 3-х недель в Лондоне от смога умерло 4000 человек.

Как известно, парниковый эффект вызывают повышенные концентрации в атмосфере парниковые газы. Первостепенную роль в формировании эффекта (до 61 %) играет диоксид углерода (СО₂). Если до 1859 г. концентрация СО₂ в атмосферном воздухе составляла 275 промилле, то в 1987 г. она равнялась уже 348 промилле, сегодня - 385 прогнозируемый ее уровень к середине 21 века достигает 400–550 промилле. Если учесть что ежегодно увеличивается на 2 промиле, а при1200 промиле наступит катастрофа. Посчитайте через сколько лет это произойдет. Исследования показали, что для избежания глобальной катастрофы необходимо уменьшить выбросы углерода в атмосферу до 2 млрд т в год (одна треть нынешнего объема).

Величина выбросов различных веществ в отдельных странах различна. В наибольшей степени загрязняют атмосферу опасными углеродными смесями пять стран, на долю которых приходится более половины всех выбросов в мире, это: США, Китай, Россия, Япония, Германия.

Наиболее часто конфликты из-за трансграничных атмосферных загрязнений происходят в Европе. Виновниками загрязнений атмосферы многих стран в Европе являются Англия и Германия. В умеренных широтах Европы со стороны Атлантики, на восток. и северо-восток, происходит перемещение атмосферных загрязнений. Среднесуточное поступление в атмосферу оксидов серы

Англия - одна из главных виновниц загрязнения ряда стран Европы. Чтобы не загрязнять собственные ландшафты, на ряде английских предприятий были сооружены высокие (до 300-400 м) трубы. В результате выбрасываемые из них загрязнения еще легче подхватываются воздушными течениями и транспортируются в континентальную Европу. Подсчитано, что ежегодно таким образом из Англии «экспортируется» около 1 млн т окиси серы. Североевропейские страны (Норвегия, Швеция, Дания, Финляндия и Исландия) неоднократно обращались к Великобритании, в международные организации по поводу этого загрязнения. На сессии Северного совета, в который входят пять вышеперечисленных стран Европы, премьер-министр Швеции обвинил Англию в ведении настоящей «экологической войны» против своих соседей, потребовав ее прекращения.

Для сравнения - территория республики Беларусь также подвергается загрязнению вредными примесями, выбрасываемыми в соседних странах. Так, по данным Минприроды Республики Беларусь, доля трансграничной серы в выпадениях на территории Беларуси составляет 84—86 %, окисленного азота — 89—94 %, восстановленного азота — 38—65 %.

3. Качество атмосферного воздуха в РБ, нормирование атмосферного загрязнения. Характеристика основных очистных сооружений.

Основные показатели состояния воздушного бассейна РБ

На территории Беларуси основные выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух связаны с работой автомобильного транспорта (три четверти всех выбросов), промышленных предприятий и строительного комплекса. Среди отраслей промышленности Беларуси 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 настоящее время электростанции Республики Беларусь работают на мазуте и природном газе, поэтому основная доля газообразных токсичных выбросов приходится на SO₂ и NO_х.

Высокий промышленный потенциал Минска (более 200 предприятий, загрязняющих атмосферу) и сильно развитая транспортная сеть при большой плотности населения создают экологическую напряженность в городе. Минск относится к числу городов с высокой плотностью выбросов вредных веществ на единицу площади. Агентством по охране окружающей среды США к числу опасных относятся предприятия с объемом выбросов загрязняющих веществ в атмосферу более 100 тонн в год. В Минске таких предприятий более 50. К чрезвычайно опасным относятся предприятия, объем выбросов которых может достигать 10 000 тонн в год, что на два порядка выше принятой за предельно допустимую в США. Это: ТЭЦ-3 и 4, Минский завод отопительного оборудования, котельные ПО "Минтеплосети", ПО "Минскстройматериалы", завод холодильников, моторный завод и ТЭЦ-2. Доля этих предприятий в загрязнении городского воздуха составляет более 10%.

ТЭЦ-4 работает на мазуте и природном газе. В составе ее выбросов преобладает двуокись серы (52,3%), оксиды азота (37,3%). Расположена ТЭЦ-4 западнее города за кольцевой дорогой. Учитывая преобладание в районе Минска западного воздушного переноса, размещение наиболее опасного источника загрязнения атмосферного воздуха необходимо признать крайне

В структуре выбросов МАЗа преобладает окись углерода (62,8%). Основными источниками выбросов на предприятии являются литейное, кузнечное, термическое, гальваническое, сварочное и окрасочное производства.

Структура выбросов МТЗ: окись углерода — 61%, твердые пылевые частицы — 17,3%

На котельных ПО "Минтеплосети", где в большем количестве используется мазут, выше доля двуокиси серы.

Особой структурой выбросов отличается завод холодильников, где в составе загрязнителей преобладают ксилол и толуол.

Более 35% территории Минска находится в "неблагоприятной" зоне. Среднемесячные концентрации диоксида азота (в долях ПДК), 2005 г.

Наблюдение и контроль за состоянием воздушного бассейна страны осуществляется в рамках Национальной системы мониторинга Республики Беларусь. Для оценки состояния атмосферного воздуха действуют нормативы предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Запыленность воздуха – важнейший экологический фактор, сопровождающий человека повсюду. Пылью считаются любые взвешенные в воздухе твердые частицы. Безвредных пылей не существует. Экологическая опасность пылей для человека определяется их природой и концентрацией в воздухе.

Правовое регулирование состояния воздушной среды в нашей стране осуществляется в соответствии с Конституцией Республики Беларусь, Законом Республики Беларусь "Об охране атмосферного воздуха" (1997). В случае нарушения условий и требований, должен быть приостановлен или запрещен вплоть до прекращения деятельности предприятий, учреждений. С учетом постоянного роста городского населения серьезной проблемой является загрязнение атмосферного воздуха в крупных городах и промышленных центрах республики. Постоянный мониторинг состояния атмосферного воздуха налажен в 16-ти городах, включая, помимо областных центров, города Бобруйск, Мозырь, Новогрудок, Новополоцк, Оршу, Речицу, Пинск, Полоцк, Светлогорск, Солигорск, в которых проживает более 2/3 городского населения Беларуси. В этих промышленных центрах Госкомгидрометом ведется наблюдение на 50-ти стационарных постах, на которых 3—4 раза в сутки осуществляется контроль за содержанием 26-ти вредных веществ.

Анализ динамики состояния атмосферного воздуха осуществляется на основе определяемого для каждого города комплексного индекса загрязнения атмосферы (ИЗА), который рассчитывается по пяти наиболее распространенным вредным веществам (пыли, диоксиду серы, оксиду углерода, диоксиду азота и формальдегиду). Уровень загрязнения воздуха считается

высоким, если средние значения концентрации примесей в воздухе города выше средних по республике или ИЗА превышает 7;

повышенным, — если концентрации примесей в отдельных случаях превышали ПДК;

низким, — если среднегодовое содержание примесей было в пределах или ниже принятых стандартов качества воздуха.

По показателю ИЗА высокие уровни загрязнения воздушной среды в последние годы наблюдались в Могилеве (8,8—10), Мозыре (7,8—8,6), Бобруйске (6,3—7,7), Гомеле (4,5—7,1), Витебске (5,8—8,3). Причем в Могилеве значительное превышение по сравнению со средними для страны значениями ИЗА наблюдается на протяжении многолетнего периода.

Защита атмосферного воздуха от загрязнений предусматривает систему мероприятий. Группа санитарно-технических мероприятий: установка газопылеочистного оборудования, герметизация технологического и транспортного оборудования, сооружение сверхвысоких дымовых труб. Одна из основных мер предотвращения загрязнения атмосферного воздуха — строительство газоочистных сооружений и устройств. К современным аппаратам очистки газов от аэрозольных частиц можно отнести следующиесухие обеспыливающие устройства; мокрые, или гидравлические, пылеуловители; пористые фильтры; электрофильтры.

Осадительные камеры применяются для улавливания грубодисперсных частиц размерами 50…500 мкм и выше, также циклоны для улавливания частиц размерами 10 мкм и более. К аппаратам мокрого пылеулавливания относятся (промывные) башни. В основу работы этих устройств положен принцип осаждения частиц пыли на поверхности капель или на пленке жидкости (воды). Для очистки газовых выбросов широко используются и различные фильтры с пористыми материалами; -ткань, войлок, губчатая резина, пенополиуретан; вязаные сетки, прессованные спирали, стружка и др. Одним из наиболее совершенных способов очистки газовых потоков от частиц пыли и аэрозолей является очистка в электрофильтрах. Электрофильтры работают эффективно и экономично при больших объемах выбросов и высоких температурах. До высокой степени совершенства доведены золоулавливающие установки.

При невозможности или нецелесообразности использования пылегазоулавливающих устройств применяют прием рассеивания загрязняющих веществ через высокие и сверхвысокие дымовые трубы. Этот метод не позволяет защищать воздушную среду от поступления токсичных примесей, но дает возможность существенно снизить их приземную концентрацию до уровня ПДК. Сущность метода заключается в том, что мощные потоки дымовых газов, двигаясь в трубе с высокой скоростью за счет естественной тяги, рассеиваются на значительном расстоянии от источника загрязнения.

Группа технологических мероприятий: улучшение технологии производства и сжигания топлива; создание новых технологий, основанных на частично или полностью замкнутых циклах, при которых исключаются выбросы вредных веществ в атмосферу. В то же время решается важная задача — утилизация и возвращение в производство ценных продуктов, сырья и материалов.

Рис.7.4. Пылеосадительная камера

Группа планировочных мероприятии: оптимальное расположение промышленных предприятий с учетом "розы ветров", создание санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий, вынос наиболее токсичных производств за черту города, рациональная планировка городской застройки, озеленение городов.

В городах не разрешается размещать промышленные предприятия (металлургические, химические и др.), сильно загрязняющие атмосферный воздух. Такие предприятия следует располагать вдали от крупных городов и с подветренной стороны с учетом преобладания западных и северо-западных ветров. Планировочные мероприятия, по оздоровлению окружающей среды включают также приемы застройки и озеленения территории города, сооружение кольцевых дорог, использование подземного пространства и др. С целью охраны атмосферного воздуха на территориях населенных мест устанавливаются санитарно-защитные зоны. Санитарно-защитная зона — это территория вокруг предприятия, где возможно превышение ПДК для одного или нескольких загрязняющих веществ. Проживание людей в такой зоне не предусматривается, однако в крупных городах это правило часто не выполняется. Санитарно-защитная зона должна быть озеленена газоустойчивыми древесно-кустарниковыми породами. Большое значение для защиты атмосферного воздуха имеют мероприятия по озеленению городов и пригородных зон.

Проведение организационно-технических и иных мероприятий позволило уменьшить выбросы загрязняющих веществ в атмосферное пространство Беларуси. При этом основной эффект был достигнут за счет общего сокращения выбросов (60%), ввода в эксплуатацию новых пылегазоочистных установок (5%), ликвидации источников загрязнения (1%), перепрофилирования других предприятий на выпуск другой продукции (5%).

Биоиндикация - метод определения степени загрязненности геофизических сред с помощью живых организмов. В качестве биоиндикаторов используются различные группы организмов: бактерии, грибы, водоросли, лишайники, мхи, некоторые высшие растения (особенно хвойные породы деревьев) и животные (чаще беспозвоночные). Животные и растения так же, как и человек, подвергаются влиянию загрязнения воздушного бассейна. Видимыми симптомами повреждения, то есть внешними признаками заболеваний растений, является, прежде всего, загрязнение от сажи, летучей золы, цементной пыли, оксидов железа и др. Лихеноиндикация - Установлено, что лишайники особенно чутко реагируют на загрязнение атмосферы токсическими веществами. Обладая крайне медленным ростом (прирост слоевища составляет 2-5 см в год), лишайники чутко реагируют на малейшие изменения параметров окружающей среды, они являются одними из самых надежных и доступных индикаторов состояния воздушной среды.

Выделяют зоны лишайников, позволяющие судить о степени загрязнения атмосферного воздуха:. Видовой состав лишайников в различных частях городов оказался настолько различным, что исследователи в пределах городов выделяют так называемые зоны лишайников: относительно чистую, умеренного и критического загрязнения, «лишайниковую пустыню». В качестве биоиндикаторов можно также использовать широко распространенные в наших лесах виды зеленых мхов.

Причины повышенной чувствительности лишайников к составу атмосферы:

– отсутствие непроницаемой кутикулы, поэтому газообмен происходит свободно через всю поверхность;

– лишайники всей своей поверхностью впитывают дождевую воду, где концентрируется много токсичных газов;

– сохраняют способность к росту при температурах чуть ниже 0°С.

Лишайники позволяют наблюдать за динамикой загрязнения в течение 20-25 лет. Хотя лишайники не заменяют дорогостоящей измерительной аппаратуры, они могут дополнить данные. Изучение лишайников крупных городов мира (Парижа, Мюнхена, Лондона, Нью-Йорка) выявило ряд общих закономерностей: чем больше индустриализирован город, тем меньше видов лишайников встречается в его границах, тем меньшую площадь покрывают лишайники на стволах деревьев.

Объектами мониторинга часто являются насекомые, поскольку они легко реагируют на воздействия. Например, чехословацкие ученые установили, что в районе золоторудных месторождений увеличивается содержание золота в майских жуках. Известны случаи, когда под влиянием загрязнения среды меняется цвет насекомых, например, божьих коровок. Высказана гипотеза, что потемнение божьих коровок в регионе некоторых промышленных центров - реакция на ухудшение освещения в результате загрязнения атмосферы.

Большое значение для контроля состояния водоемов имеет наблюдение за поведением рыб и содержанием отдельных компонентов в их организме. Установлено, что по мере загрязнения в европейских водоемах вначале исчезает лосось, затем форель, окунь и др. В качестве биологического теста на чистоту воды могут использоваться «золотые рыбки», которые так любят выращивать в аквариумах. Рыбок помещают в специальный аквариум с речной водой. Учуяв грязь, они начинают метаться, бьются о решетки.

Состояние довольно большой территории можно охарактеризовать с помощью анализа меда пчел. Американские исследователи показали, что в пробах меда можно обнаружить до 47 различных металлов и химикатов. Первые опыты по использованию медоносных пчел для биологического мониторинга проведены в 1974 г. в штате Монтана, где изучали степень ущерба, нанесенного выбросами ТЭС, работающей на каменном угле. Радиус сбора нектара пчелами, как правило, составляет 1,5 км (иногда до 6 км) от улья, поэтому пчелиный мед является достоверным индикатором состояния окружающей среды в данной местности. Хорошими биоиндикаторами на содержание некоторых тяжелых металлов могут служить дождевые черви. Польские исследователи изучали содержание цинка, меди, свинца и кадмия в почвах и тканях дождевых червей, взятых с газонов вдоль дорог с интенсивным движением, расположенных на расстоянии 200 м от дорог. Результаты проведенных исследований показали значительную способность дождевых червей аккумулировать в своих тканях цинк, медь, свинец и особенной кадмий. Содержание последнего в тканях червей во много раз выше, чем в почвах.

С целью предотвращения антропогенного изменения климата была подписана Конвенция о запрещении использования любого враждебного средства для природной среды (конвенция бессрочная и не допускающая выхода из нее). В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), делегатами из более чем ста шестидесяти стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО₂. Киотский протокол обязывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 2008-2012 годам выбросы СО₂ на 5% от уровня 1990 года

• Европейский союз должен сократить выбросы СО₂ и других тепличных газов на 8%.

• США - на 7%.

• Япония - на 6%.

Протокол предусматривает систему квот на выбросы парниковых газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы), получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить право на дополнительные выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты. Таким образом предполагается, что главная цель - сокращение выбросов тепличных газов на 5% - будет выполнена.

После подписания Киотского протокола в нашей стране созданы новые законы и институты, и уже в 2007 году Беларуси удалось войти в приложение «Б» Киотского протокола, которое дает Беларуси право привлекать иностранные инвестиции в проекты, направлены на улучшение экологической обстановки.

«Зеленые» инвестиции— важнейшие пункты Киотского протокола, которые особенно привлекательны для Беларуси. Дело в том, что по оценкам экспертов наша страна до 2020 года не превысит количество выбросов в 100 миллионов тонн, а базовый уровень 1990 года, который нельзя превышать, составляет 120 миллионов тонн. Беларусь скоро сможет продавать дру­гим участникам соглашения право на 35-60 миллион тонн выбросов в год, прибыль при этом может достигай 325 миллионов долларов США. Но для продажи квот не­обходимо, чтобы поправку «Б» ратифицировали не менее 75% стран. Ожидается, что это произойдет к середине 2010 года.

У Беларуси относительно небольшие собственные инвестиционные ресурсы, которых не хватит на то, чтобы самостоятельно выполнить все требования Киотского протокола. Однако по экспертным оценкам «зеленые инвестиции» могут покрыть до половины расходов, предусмотренных национальной программой мер по смягчению последствий изменения климата.

В Беларуси иностранных инвесторов привлекают: проекты, связанные с озеленением, восстановлением осушенных болот, устранением последствий Чернобыльской катастрофы. В перечень включено 140 проектов для привлечения «зеленых» инвестиций, из них 32 уже прошли национальное утверждение, еще 8 получили поддержку от инвесторов, а для 3 уже готова вся проектная документация, и в ближайшее время они начнут реализовываться.

Презентация лекция 2.

Учебное пособие 1.