1.4. Основные загрязняющие вещества атмосферного воздуха

1.4.1. Классификация и характеристика загрязняющих веществ

Из более чем 200 загрязнителей атмосферного воздуха, для которых установлены предельно - допустимые концентрации, следует выделить следующие :

1) твердые частицы (пыль, зола, сажа); 2) оксиды серы; 3) оксиды азота; 4) оксиды углерода; 5) углеводороды.

Для большинства промышленных регионов характерно следующее весовое соотношение поступления этих веществ в атмосферный воздух: оксид углерода - около 50%, оксиды серы - около 20%, твердые частицы -16 -20%, оксиды азота -6 -8%, углеводороды -2 -5%. К крупным загрязнителям атмосферы следует также отнести аммиак, сероводород, сероуглерод, озон, альдегиды, полициклические углеводороды, хлорорганические соединения( в том числе и диоксины), соединения свинца, кадмия, ртути, ряд “пахучих” соединений и др.

Загрязняющие вещества приземного слоя атмосферы могут быть разделены по агрегатному состоянию на две группы: газы и пары с температурой кипения ниже 200 ⁰С; твердые и жидкие частицы веществ, размеры которых составляют 0.01 -20 мкм.

Ниже приведен пример классификации ЗВ по их химическому составу (табл.1.11)

Таблица 1.11

Классификация газообразных и жидких ЗВ по химическому составу

Соединения серы	Неорганические Органические	Оксиды серы, серная кислота(туман), сероводород, сероуглерод и др. Тиолы(меркаптаны, тиоэфиры) и др.
Соединения азота	Неорганические Органические	Оксиды азота, азотная кислота, аммиак, нитриты, цианиды, пероксонитраты и другие неорганические соединения азота Амины, пероксоацетилнитрат, диметилформамид, азотсодержащие разбавители, растворители и др.
Соединения галогенов Соединения галогенов	Неорганические Органические	Фтор, фтороводород, тетрафторид кремния, хлор, бром и др. Хлорированные углеводороды(ядохимикаты, трихлорэтилен, перхлорэтилен, хлорбензол, хлороформ, диоксины и др.)
Соединения углерода	Неорганические Органические	Монооксид углерода, диоксид углерода Углеводороды(алифатические, ароматические, алициклические, полициклические, гетероциклические) Спирты, фенолы, простые и сложные эфиры, альдегиды, кетоны, кислоты и др.

Продолжение табл. 1.11

Прочие газообразные и жидкие ЗВ

Соединения и пары металлов, например, гидроарсенит, триоксид мышьяка, пары ртути, свинца и др.

Существуют также классификации и твердых ЗВ, например, по содержанию примесей:

1) пыль, содержащая токсичные компоненты(тяжелые металлы и др.) и биологически активные вещества(мышьяк, бериллий, фтор, германий, ртуть, свинец, радиоактивные вещества и др.);

2) пыль, не содержащая биологически активных токсичных компонентов: а) пыль с фиброгенным эффектом - пыль с фракциями асбеста менее и более 10%, каменноугольная пыль, графит, тальк, слюда, керамические глины, каолин, полевой шпат, огнеупорная глина, пыль от очистки стальных отливок, пыль от агломерирования руд и другие фиброгенные пыли ; б) пыль без фиброгенного эффекта - буроугольная пыль, другие пыли.

Иногда выделяют перечень ЗВ с запахом. В этот перечень входят, как правило, органические или неорганические пары, присутствие которых ощущается человеком при содержании, меньшем чувствительности анализаторов. Приятные запахи обозначают как “ароматы”, а неприятные - как “запахи”. В табл. 1.12 в качестве примера, приведена классификация ЗВ по запаху.

Таблица 1.12

Оценка запахов по сопоставительной шкале

Степень запаха	Шкала запахов по Штерну	Японская шкала запахов
0	без запаха	-
1	очень слабый запах	запах тухлых яиц
2	слабый запах	запах гнилого лука
3	легко переносимый запах	запах гнилой капусты
4	сильный, перехватывающий запах	запах аммиака
5	очень сильный запах	запах тухлой рыбы

Частицы (твердые и жидкие), диспергированные в газовой среде, диаметром от сотых долей до нескольких сот мкм собирательно называют аэрозолями. Аэрозоли могут образовываться либо в результате процессов конденсации, при которых группы молекул образуют коллоидные частицы, либо путем процессов диспергирования, при которых грубый материал распыляется на тончайшие частицы. Так, например, пары летучих веществ, попадая в атмосферу, после охлаждения образуют жидкие частицы. Примером процессов диспергирования могут быть: поступление в атмосферу твердых выбросов литейного производства, пыль, образующаяся на улицах города в результате движения транспорта и т.д. Кроме того, аэрозоли могут образоваться в воздухе в результате фотохимических превращений атмосферных загрязнений, например, образование аэрозолей серной кислоты, сульфатов, нитратов и т.д.

Химический состав аэрозолей приведен в табл. 1.13.

Таблица.1.13

Химический состав аэрозолей

Элемент	Концентрация, мгм-3	Элемент	Концентрация, мгм-3
серебро	0.005 - 22	магний	0.32 - 3000
алюминий	0.32 - 6200	марганец	0.05 - 910
мышьяк	3 - 190	натрий	2.7 - 7500
золото	0.01	никель	0.35 - 315
барий	0.2 - 140	рубидий	1.37 - 30
бериллий	0.16 - 0.50	сурьма	0.001 - 63
висмут	0.63	селен	0.004 -300
кальций	0.15 - 7000	кремний	228 - 4250
кадмий	0.003 - 300	олово	0.17 - 71.6
церий	0.001 - 20	теллур	4000
кобальт	0.0004 - 23	торий	0.05 - 4
хром	0.0025 - 144	титан	30 - 280
цезий	0.02 - 0.76	уран	0ю10 - 1.47
медь	0.025 - 4000	ванадий	0.0006 - 600
европий	0.02 - 24	вольфрам	0.2 - 18
железо	0.5 - 17000	цинк	0.008 - 5800
ртуть	0.12 - 50	лантан	0.0002 - 9.1
калий	0.14 - 10400

Важным свойством взвешенных частиц является гранулометрический состав. Пыль состоит из частиц различных размеров, диапазон существования которых в данном образце обычно изображают кривой распределения. Для отдельных видов частиц в зависимости от размеров, формы и характерных особенностей поведения условно используют различные термины, такие, как пыль, сажа, дым и туман. Фракционный состав аэрозолей приведен в табл. 1.14.

Аэрозоли в атмосферном воздухе в ряде случаев активируют химические превращения ЗВ. Они могут проявлять большую активность благодаря, например, адсорбции газообразных молекул. Многие вещества, которые обычно медленно окисляются, будучи распыленными на мелкие частицы, окисляются крайне быстро. Аэрозоли в атмосфере ускоряют конденсацию водяного пара и способствуют образованию туманов. Атмосферные аэрозоли имеют сложный химический состав. В табл. 1.13 приведены концентрации отдельных компонентов аэрозолей, аналитически определенных в различных регионах (Европа, Азия, Америка, Океания).

Из газообразных атмосферных ЗВ наиболее часто встречаются оксиды серы (SO₂, SO₃), оксиды азота (NO, NO₂), сероводород, оксиды углерода, аммиак, органические сульфиды, хлорид и фторид водорода, альдегиды и др.

1.4.2. Загрязняющие вещества, действующие в глобальном масштабе

Наиболее опасными ЗВ глобального масштаба действия в настоящее время считаются озон, диоксид углерода, а также мелкодисперсные частицы твердых или жидких веществ.

Наибольшее воздействие в глобальном масштабе из твердых частиц оказывают тонкодисперсные пыли, поскольку они не оседают и остаются в верхних слоях атмосферы, откуда не удаляются ни с дождем, ни какими -либо другими путями. Эти пылевые облака отражают солнечный свет и дальнейшее увеличение их концентрации может привести к понижению средней температуры вблизи поверхности земли. На основании наблюдений за верхними слоями атмосферы определено, что глубокие слои пылевых частиц находятся на высоте 10 - 20 км от поверхности земли; особенно мощные облака частиц располагаются над севером Атлантического океана.

В настоящее время пыль, образующаяся в результате хозяйственной деятельности составляет только 10% в глобальных выбросах пыли (колебания от 2 до 50%). Значительно большее количество ее поступает в атмосферу в результате природных процессов и за счет вторичного образования, то есть за счет конверсии газообразных ЗВ в твердые.

Система Глобального Мониторинга Окружающей Среды (CEMS) занимается глобальными исследованиями веществ, загрязняющих атмосферу и работает в рамках Программы ООН “Окружающая среда” (UNEP). В табл. 1.15 приведен перечень ЗВ, определяемых в атмосфере по системе EMS.

Таблица 1.15

Фиксация в атмосфере ЗВ

Очередность фиксации	Приоритетность определения	Место фиксации
1	2	3
1	Диоксид серы, сульфаты	воздух
1	Неосаждающаяся пыль	воздух, вода
2	Озон	воздух
3	Оксиды азота	воздух
4	Свинец	воздух, пищевая продукция
4	Диоксид углерода	воздух

1	2	3
5	Монооксид углерода	воздух
7	Асбест	воздух
8	Реакционноспособные углеводороды	воздух