Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Техносфера и окружающая среда. Учебное пособие.pdf
6. Характеристика основных загрязнений, попавших
в атмосферу в России в 2005 году
8
Показатель
Ед.
изм.
связь
производства
Обрабатывающие
ископаемых
Добыча полезных
Производство и распределение
Транспорт и
электроэнергии, газа и воды
лесное хозяйство
Сельское хозяйство, охота и
персональных услуг
предоставление прочих
коммунальных, социальных и
Выброшено
вредных
веществ, всего тыс. т 7249,8 6148,1 3982,6 2085,3 134,1 61,9
в том числе:
твёрдых
веществ
тыс. т 821,8 500,0 1146,4 66,6 38,9 10,0
жидких и
газообразных
веществ тыс. т 6428,0 5648,1 2836,2 2018,7 95,2 51,9
из них:
диоксид серы тыс. т 3030,4 201,7 1299,9 41,5 7,2 5,2
оксид
углерода тыс. т 2274,2 2963,8 525,5 368,7 47,7 12,9
оксиды азота тыс. т 385,9 131,4 918,2 166,2 10,1 2,3
углеводо-
роды
(без ЛОС) тыс. т 93,6 1405,3 21,3 1282,7 7,5 25,6
летучие
органические
соединения
(ЛОС)
Уловлено и
обезврежено
8
Данные по: Государственный доклад «О состоянии и об охране окружаю-
щей среды Российской Федерации в 2005 году». – М. : Министерство природных
ресурсов Российской Федерации, АНО «Центр международных проектов», 2006. –
500 с.
тыс. т 514,9 939,6 6,3 149,3 2,7 5,0
% 81,4 37,2 85,0 9,9 21,7 31,9
51
Из-за преобладания западных ветров большое количество атмосферных загрязнений переносится в Россию из Украины, Польши, Германии,
Великобритании и других стран.
Основными видами загрязнения атмосферы являются химическое и
аэрозольное.
Промышленное химическое загрязнение атмосферы. Наиболее
масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Сейчас в основном
существуют три осн
овных источника химического загрязнения атмосферы:
промышленность, бытовые котельные, транспорт.
Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от
стационарных источников в Российской Федерации представлена в табл. 7.
7. Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух
от стационарных источников в Российской Федерации
Отрасль промышленности 2002 г. 2003 г. 2004 г.
Нефтедобывающая 3113,4 3227,2 4195,0
Цветная металлургия 3297,5 3261,7 3287,1
Электроэнергетика 3352,7 3446,6 3257,7
Чёрная металлургия 2223,4 2178,2 2202,6
Уго л ьная 819,5 763,9 757,3
Газовая 536,9 591,2 650,7
Нефтепеpеpабатывающая 620,8 593,8 581,2
Промышленность строительных
материалов
Химическая и нефтехимическая 428,0 403,3 407,6
Машиностроение и металло-
обработка
Лесная, деpевообpабатывающая и
целлюлозно-бумажная
Пищевая 162,9 155,1 142,6
Лёгкая 41,2 33,9 26,6
Всего 15842,0 15874,7 16732,5
434,0 448,0 474,0
370,1 356,0 340,1
332,2 308,7 303,5
9
9
Данные по: Государственный доклад «О состоянии и об охране окружаю-
щей среды Российской Федерации в 2005 году». – М. : Министерство природных
ресурсов Российской Федерации, АНО «Центр международных проектов», 2006. –
500 с.
52
Основными промышленными химическими примесями, попадающими в атмосферу, являются следующие оксид углерода, сернистый ангидрид, серный ангидрид, сероводород и сероуглерод, оксиды азота, соединения фтора, соединения хлора, углеводороды и озон.
Химическое загрязнение атмосферы транспортными средствами.
В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автотранспорта и
авиации существенно увеличилась доля выбросов, поступающих в атмосферу от подвижных исто
чников: грузовых и легковых автомобилей,
тракторов, тепловозов и самолётов. Согласно оценкам, в городах на долю
автотранспорта приходится (в зависимости т развития в данном городе
промышленности и числа автомобилей) от 30 до 70% общей массы
выбросов.
Показатели выбросов загрязняющих веществ по ингредиентам от под-
вижных транспортных средств в России в 2005 го
ду приведены в табл. 8.
К основным загрязняющим атмосферу веществам, которые выбрасывают подвижные источники относятся оксид углерода, углеводороды,
оксиды азота.
8. Показатели выбросов загрязняющих веществ по ингредиентам
от подвижных транспортных средств в России в 2005 году, тыс. т
V
2O5
Твёрдые
вещества
Выбросы CO CnHmNOx C SO2 Pb
Автомобильный
транспорт
Стационарные объекты
автотранспортного
комплекса
Тепловозы
Стационар-
ные объекты
железнодорожного
транспорта
10
Данные по: Государственный доклад «О состоянии и об охране окружаю-
щей среды Российской Федерации в 2005 году». – М. : Министерство природных
ресурсов Российской Федерации, АНО «Центр международных проектов», 2006. –
500 с.
11 660 1719,3 1859,9 48,9 121,9 0,01 – – – 15 410,0
69,7 13,5 4,24 3,31 10,6 – – – 7,68 109,0
36,6 17,6 132,0 7,4 – – – – 193,6
49,8 1,3 13,3 35,8 – – – 46,7 169,9
Альде-
гиды
10
Всего
53
Выбросы CO CnHmNOx C SO2 Pb
Передвижные источники дорожного хозяйства
Стационарные источники дорожного хозяйства
210,54 49,84 105,00 7,17 11,44 – 1,78 – – –
13,91 0,003 4,55 3,69 32,43 – – 0,077 – 3469,2
Продолжение табл. 8
Альде-
гиды
V2O
Твёрдые
5
вещества
Всего
Химическое загрязнение атмосферы выбросами энергетических
установок. Основными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу при
сжигании различных видов топлива в энергоустановках, являются диоксид углерода СО
и водяной пар Н2О. Также в атмосферу выбрасываются
2
и другие вредные вещества: продукты неполного сгорания топлива –
оксид углерода, сажа, углеводороды, в том числе канцерогенный
бенз(а)пирен С
чие механические примеси; оксиды серы SO
, несгоревшие частицы твёрдого топлива, зола и про-
20Н12
и SО3, азота и свинца РbО.
2
При сжигании твёрдого топлива образуется большое количество золы и
диоксида серы. Дымовые газы, образующиеся при сжигании мазута,
содержат оксиды азота, соединения ванадия и натрия, газообразные и
твёрдые продукты неполного сгорания.
Аэрозольное загрязнение атмосферы. Аэрозоли – это твёрдые
(пыли) или жидкие (туманы) частицы, находящиеся во взвешенном
состоянии в воздухе. В атмосфере аэ
розольные загрязнения воспринима-
ются в виде дыма, тумана, мглы или дымки.
Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены
в табл. 9.
Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений
воздуха являются:
1) теплоэлектростанции, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы; аэрозольные частицы от этих ис
точников содержат
соединения кремния, кальция и углерода, реже – оксиды металлов: железа,
магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена,
мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест;
54
9. Количество техногенной пыли в зависимости от источника
Производственный процесс Выброс пыли, млн т/год
Сжигание каменного угля 93,600
Производство цемента 53,370
Выплавка чугуна 20,210
Выплавка меди (без очистки) 6,230
Выплавка цинка 0,180
Выплавка свинца 0,130
Выплавка олова (без очистки) 0,004
2) процессы сжигания остаточных нефтепродуктов, пиролиза на
нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других предприятиях; здесь
пыль содержит алифатические и ароматические углеводороды, соли
кислот;
3) промышленные отвалы – искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при
добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности и теплоэнергетики;
4) взрывные работы; здесь пр
(250…300 т взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около
2 тыс. м
3
условного оксида углерода и более 150 т пыли;
и одном среднем по массе взрыве
5) производство цемента и других строительных материалов.
Рассеивание химических загрязнений в атмосфере. В атмосферу
вредные выбросы попадают в основном из дымовых и вентиляционных
труб, вентиляционных фонарей производственных цехов промышленных
предприятий.
Пример схемы загрязнения атмосферы одним источником показан
на рис. 10.
Непосредственно под трубой загрязнение воздуха отсутствуе
т
(точка А). Начиная от точки (точка В), в которой дымовой факел при
неблагоприятных метеорологических условиях касается земли, приземная
концентрация вредных веществ С = f
(x, y) быстро возрастает и на расстоянии, равном 10…40 высотам трубы (для средних условий это
расстояние равно около 20Н), достигает максимальной величины С
м
(точка С). Затем приземная концентрация медленно убывает вдоль ветровой оси (после точки С); при этом происходит расширение дымового
факела [4, c. 153].
55
y
z
2
, м
u, м/с
C = f(x, y)
X, м
Сх
Cxy
Сy
+y
Н
С
В
1
Рис. 10. Модель факельного выброса загрязняющих веществ в атмосферу:
1 – источник выброса; 2 – дымовой факел
В соответствии с этим выделяют четыре зоны неодинакового загряз-
нения атмосферы:
I зона – зона неорганизованного загрязнения (приземная концентра-
ция загрязнения равна нулю);
II зона – зона переброса факела выброса, характеризующаяся нулевым или относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы;
III зона – зона задымления, характеризующаяся максимальным
содержанием вредных веществ в атмосфе
ре у поверхности земли;
IV зона – зона постепенного снижения уровня загрязнения атмосферы у поверхности земли. [5, c. 134, 135].
Как видно из рис. 10, концентрация загрязнений С в атмосфере
у поверхности земли в любой точке зависит от расстояния К, на которое
она удалена от трубы, от смещения по отношению к ветровой оси u (ось u
на ри
сунке совпадает с осью x).
Газ на выходе из устья трубы обладает определённой температурой и
скоростью движения. Если температура газа Т
окружающего воздуха Т
, то вследствие разности плотностей воздуха и
в
будет выше температуры
г
56
газа образуется подъемная сила, под действием которой струя газа поднимается над устьем трубы на определённую высоту.
Выходящий из трубы газ подвергается, кроме того, действию ветра.
Если скорость ветра будет меньше скорости газа в устье трубы, то он
поднимется на высоту, которая будет тем больше, чем больше разность
скоростей газа и вет
ра. Достигнув определённой высоты над устьем трубы, газ теряет скорость и под действием ветра разворачивается в горизонтальном направлении. При этом струя газа в результате диффузии расширяется, и концентрация в газе вредных веществ уменьшается (рис. 11).
При скорости ветра, большей скорости газа на выходе из трубы
(u > ω), струя газа отклон
яется от первоначального направления движения
и начинает двигаться параллельно земле на уровне устья дымовой трубы.
При низкой дымовой трубе газ и содержащиеся в нём вредные компоненты очень быстро достигают приземного слоя атмосферы и вызывают его
загрязнение (рис. 12).
При высокой дымовой трубе загрязнённый газ достигает приземного
слоя атмосферы на значительном расст
оянии от трубы. При этом содержащиеся в нём вредные вещества успевают рассеяться в атмосфере,
вследствие чего их концентрация при достижении приземного слоя будет
незначительной (рис. 13).
u, м/с
u < ω
ω
1 2
Рис. 11. Поведение факельного выброса
в условиях небольшой скорости ветра:
1 – завод; 2 – жилые здания
57
58
,
,
u, м/с
u > ω
ω
С = f (x, y)
А
В
Рис. 12. Поведение факельного выброса
в условиях относительно высокой скорости ветра:
1 – завод; 2 – жилые здания
С
21
u
м/с
ω
м/с
u > ω
С = f
(x, y)
1
А
В С
2
Рис. 13. Поведение факельного выброса
при выходе из высокой дымовой трубы:
1 – завод; 2 – жилые здания
В связи с этим в производственной практике для обеспечения концентрации вредных веществ ниже гигиенических норм по ПДК прибегают
к такому технологическому приёму, как принудительное рассеивание
вредных выбросов в атмосфере при помощи высоких труб, причём,
чем больше высота дымовой трубы, тем лучше происходит рассеивание
вредных веществ, и тем меньшее их количество по
падает в жилые районы
[4, c. 152, 153].
Основными последствиями выбросов веществ в атмосферу являются:
1) возникновение фотохимического тумана (смога);
2) истощение озонового слоя;
3) глобальное потепление;
4) кислые атмосферные осадки.
2.3. ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
Возникновение фотохимического тумана (смога). При некоторых
погодных условиях могут образовываться особо большие скопления
вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха, которые под действием различных климатических условий вступают
в фотохимические реакции друг с другом, образуя ядовитый туман, называемый фотохимическим смогом.
Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций
ределённых условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации
при оп
оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном
слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих вещест
в. Такие
условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный
кислород с молекулярным кислородом дают озон. Оксид азота вступает
в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщ
епляются
по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в р
еакцию
олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые
в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты.
Фотохимический смог вызывает ухудшение здоровья живых организмов и их гибель, коррозию металлов и т.д. Такие смоги нередки в крупных
городах, таких как Лондон, Париж, Лос-Анджелес, Нью-Йорк и т.д.
59
Истощение озонового слоя. Истощение озонового слоя происходит
вследствие разрушения молекул озона в атмосфере под действием различных химических веществ, ядерных взрывов, запусков ракет, полётов авиатранспорта и т.д. Истощение озонового слоя вызывает увеличение количества ультрафиолетового излучения Солнца, попадающего на Землю, что
может привести к ожогам у живых организмов и их гибели. Урожайность
екоторых сельскохозяйственных культур может снизиться на 30%.
н
Сейчас основной причиной истощения озонового слоя считается
применение людьми хлорфторуглеводородов (фреонов), широко исполь-
зуемых в производстве и быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей, аэрозолей. Фреоны интенсивно разрушают озон.
Сами же они разрушаются очень медленно, в течение 50 – 200 лет.
Под действием ультрафиолетового излу
) распадаются на свободные атомы, которые в свою очередь могут
(О
2
чения молекулы кислорода
присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона
). Свободные атомы кислорода могут также реагировать с молекулами
(О
3
озона, образуя две молекулы кислорода. Таким образом, между кислородом и озоном устанавливается и поддерживается равновесие. Однако
загрязнители типа фреонов катализируют (ускоряют) процесс разложения
озона, нарушая равновесие между ним и кислородом в сторону уменьшения концентрации озона. Хлор при разрушении озона действует
подобно ката
лизатору: в ходе химического процесса его количество
не уменьшается. Вследствие этого один атом хлора может разрушить
000 молекул озона, прежде чем будет дезактивирован или вернётся
до 100
в тропосферу.
Глобальное потепление (парниковый эффект). В атмосферу вы-
брасываются углекислый газ (СО
), метан (СН4) и оксиды азота, которые
2
образуют «защитный» экран, пропускающий на Землю солнечную радиацию, но не выпускающий обратно в космос тепловое излучение Земли –
таким образом тепло «накапливается» между поверхностью Земли и
«защитным» экраном. Данное явление носит название парникового
эффекта.
В Российской Федерации наибольший вклад в общий выброс парниковых газов вносит энерге
выбросы СО
в энергетическом секторе в период 2000 – 2004 годов уве-
2
личились на 5,5%, СН
сы и утечки СH
увеличились более чем на 7% в результате роста добычи,
4
транспортировки и потребления газа и угля
тика. Например, согласно последним данным
– на 7,1%, N2O – на 5,5%. Технологические выбро-
4
11
.
11
Данные по: Государственный доклад «О состоянии и об охране окружаю-
щей среды Российской Федерации в 2005 году». – М. : Министерство природных
ресурсов Российской Федерации, АНО «Центр международных проектов», 2006. –
500 с.
60