- •Часть 1 учебное пособие
- •Часть 1
- •1. Обшие сведения об атмосфере и загрязняющих веществах
- •1.1. Структура и состав атмосферы
- •1.2. Классификация загрязнений атмосферы
- •1.3. Загрязнение атмосферы в результате хозяйственной деятельности человека
- •1.4. Основные загрязняющие вещества атмосферного воздуха
- •1.5. Химические превращения загрязняющих веществ в атмосфере
- •1.5.1.Свободные радикалы в атмосфере
- •1.5.2.Химические превращения соединений серы
- •1.5.3. Химические превращения соединений азота
- •1.5.5.Фотохимический смог в городской атмосфере
- •1.6. Химические основы воздействия загрязняющих веществ на окружающую
- •1.6.3.2. Воздействие оксидов азота на материалы
- •1.6.3.4.Влияние аэрозолей на материалы
- •2. Общие сведения о литосфере
- •2.1.Структура и состав литосферы. Формирование почвы, ее значение
- •2.2.Составные части почвы
- •2.3.Свойства почвы
- •2.4. Загрязнение почв
- •Часть 1
1.2. Классификация загрязнений атмосферы
Загрязнение атмосферы - результат выбросов загрязняющих веществ(ЗВ) из различных источников. ЗВ - вещество, не входящее в постоянный состав атмосферы, неблагоприятно воздействующее на окружающую среду и здоровье людей.
Существуют два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и искусственный(антропогенный).
Естественное загрязнение атмосферы обусловлено поступлением в нее вулканического пепла, космической пыли(до 150 -165 тысяч т ежегодно), растительной пыльцы, морских солей. Основными источниками природной пыли являются пустыни, вулканы и оголенные участки земли.
При гниении и разложении образуются, как правило, большие количества сероводорода, аммиака, оксидов азота. В результате биологических процессов и деятельности вулканов в атмосферный воздух поступают углеводороды. Большое количество вредных веществ образуется в результате вторичных природных процессов. Так, хвойные деревья выделяют эфирные масла, которые, окисляясь, образуют новые химические соединения. Установлено, что источником часто наблюдаемой синей дымки над лесами являются терпены: пинены, изопрен, лимонен и другие, а так же продукты их полимеризации. В табл.1.3 приведены экспертные оценки выделения некоторых вредных веществ природными и антропогенными источниками.
Согласно приведенной таблице природные источники выделяют больше вредных веществ(ВВ); тем не менее самым опасным является антропогенное поступление веществ в атмосферу. Это связано с тем, что ВВ антропогенного происхождения накапливаются в зоне обитания человека. Кроме того, специфические ВВ, не существовавшие ранее в природных условиях, в настоящее время становятся составной частью атмосферного воздуха, его микроэлементами.
Таблица 1.3
Выделение(106 т/сутки) некоторых газообразных веществ
Вещество |
Источник | |
|
природный |
антропогенный |
диоксид серы |
- |
0.4 |
сероводород |
0.3 |
0.01 |
оксиды азота |
2.0 |
0.2 |
аммиак |
3.0 |
0.01 |
углеводороды |
2.0 |
0.2 |
оксид углерода |
10.0 |
1.0 |
диоксид углерода |
3000 |
50 |
Загрязнения переносятся по воздуху от источников появления к местам их разрушающего воздействия; в атмосфере они могут претерпевать изменения, включая химические превращения одних ВВ в другие, еще более опасные вещества. Установившееся содержание ВВ в воздухе определяет степень разрушающего воздействия на данный регион. Другим словами, степень загрязнения атмосферы зависит от числа и массы выбросов.
Оценка результатов загрязнения атмосферы включает отрицательное воздействие на отдельные объекты живой природы(людей, животных, растительность), на неживые составляющие природы, включая воду, почву и ландшафт в целом, на строения, на материалы. В общем плане концепция загрязнения атмосферы включает значительное число действий и явлений, ведущих к ухудшению исходного природного ее качества. В рамках Конвенции по межгосударственному загрязнению атмосферы к загрязняющим воздух веществам(ЗВ), помимо выбросов в воздух материальных частиц, относятся выбросы энергии. Следовательно, выбросы теплоты, шум, вибрации, излучения могут считаться видами загрязнения. В табл.1.4 дана классификация загрязнения атмосферы по масштабам подхода к их решению.
Как видно из табл.1.4 динамическое загрязнение атмосферы происходит главным образом в нижних ее слоях, а долговременные изменения вследствие загрязнений, воздействуют на всю земную атмосферу.
При оценке загрязнения атмосферы важен также период времени, в течение которого ЗВ сохраняются в ней (определяется как частное от деления некоторого объема атмосферы на скорость выведения этого ЗВ из этого объема). В табл.1.5 приведены средние времена пребывания
Таблица 1.4
Классификация загрязнения атмосферы
Проблема |
Масштаб |
Компетенция | ||
|
по региону |
по высоте |
по времени |
организаций |
Глобальная |
глобальный |
атмосфера |
десятилетия |
Международ - |
Континенталь-ная |
континенталь-ный |
стратосфера |
годы |
ных |
Государственная |
государствен-ный |
тропосфера |
месяцы |
Государствен-ных |
Промышленно-го конгломерата |
обширный район малая зона |
тропосфера
нижний слой(до 500 -1500 м) |
недели
дни |
Региональных |
Города |
городской |
нижний слой(до 500 -1500 м) |
дни |
Региональных |
Локальная |
непосредствен-ное окружение источника |
высота дымовой трубы |
часы |
Региональных |
некоторых веществ в атмосфере.
В зависимости от места образования следует различать первичное загрязнение (результат выброса из источника собственно ЗВ) и вторичное загрязнение (результат химических превращений веществ в атмосфере). При рассмотрении вторичного загрязнения обращают внимание на основные химические реакции (например, окисление, восстановление), приводящие к изменениям газообразных веществ в атмосфере; изменения степени агрегирования (например, превращения некоторых газообразных веществ в тонкодисперсные твердые частицы, которые остаются в верхних слоях атмосферы), а также фотохимические превращения, в которых в результате сложных взаимодействий ЗВ, озона и других компонентов природной атмосферы в сочетании с солнечным излучением образуются фотохимические смоги.
На рис.1.2 приведены данные о времени пребывания тонкодисперсных частиц в атмосфере. Имеется две концепции образования атмосферной пыли. На рис.1.3 отражены данные Уитби и Хьюсара об основных гранулометрических характеристиках твердых частиц в атмосфере.
Таблица 1.5
Время пребывания веществ в атмосфере
Наименование ЗВ |
Среднее время пребывания |
гелий |
107 лет |
азот |
106 - 2*107 лет |
кислород |
5*103 - 104 лет |
диоксид углерода |
5 -10 лет |
водород |
4 -8 лет |
метан |
4 -7 лет |
оксид азота(N2O) |
2.5 -4 года |
озон |
0.3 -2 года |
монооксид углерода |
0.2 -0.5 лет |
диоксид азота |
8 -11 суток |
вода |
10 суток |
сульфат -ион |
10 суток |
монооксид азота |
9 суток |
аммиак |
5 -6 суток |
ион аммония |
6 суток |
нитрат -ион |
5 суток |
диоксид серы |
2 -4 суток |
сероводород |
0.5 -4 суток |
органический углерод |
2 суток |
Сплошная линия А обозначает образование атмосферной пыли по Уитби. Первый максимум на кривой А соответствует образованию первичных частиц вследствие конденсации горячих паров, второй - образованию частиц вследствие превращения газов и процесса коагуляции, третий - ветровому переносу частиц пыли, антропогенным выбросам и частицам от естественных источников. Штриховые линии В и С отражают концепцию двухступенчатого образования атмосферной пыли по Хьюсару. Согласно этой концепции, тонкодисперсная часть пыли (кривая В) образуется в результате реакций в газах, а грубодисперсная часть (кривая С) состоит из элементов земной коры.