Управління охороною атмосферного повітря
Питання охорони навколишнього середовища пов'язані переважно з трьома його основними складовими - атмосферою, гідросферою й літосферою. За останні десятиріччя серйозною міжнародною проблемою став захист атмосфери від забруднень - наслідків господарської діяльності людини. Дійсно, порівняно з іншими складовими навколишнього середовища атмосфера, що має більшу просторову мобільність, забруднюється найшвидше.
Існують різні підходи до проблеми захисту атмосфери: біологічний, екологічний, гігієнічний й медичний, комплексного планування містобудування,а такожтехнологічний. Природоохоронна (екологічна) технологія займається вирішенням технологічних проблем захисту навколишнього середовища.
Поряд зі створенням можливостей підвищення рівня життя, розроблення інтенсифікація сучасних технологічних процесів призвели до появи зовсім нових типів хімічних речовин, які здійснюють корозійний впливи, небезпечні як для життя людини, так і взагалі для всього в зоні їх поширення. Постійною проблемою в місцях, наближених до джерел викидів, а також у великих районах, що оточують промислові зони й міста, є традиційні забруднення - пилові частки, оксиди сірки й азоту. В нинішній час глобальне поширення цих забруднень стає предметом найсерйознішого обговорення.
Швидкий розвиток технології захисту атмосфери в останні десятиріччя зумовлений не тільки збільшенням забруднення атмосфери, але й зміною вихідних критеріїв її захисту, що диктується переоцінкою підходів до використання паливних і сировинних матеріалів, а також впливом розширення міжнародного співробітництва, прикладом якого може служити Загальноєвропейська Конвенція з питань дистанційного забруднення атмосфери.
Визначення джерел забруднення атмосфери.
Забруднення атмосфери. Атмосфера - газова оболонка Землі, яка складається переважно з азоту та кисню, невеликої кількості вуглекислого газу, озону та інших газів. Внесення нових, нехарактерних для атмосфери фізичних, хімічних та біологічних речовин, називаєтьсязабрудненням.
Забруднення атмосфери поділяється на матеріальне (пил, аерозоль, гази і пари) та енергетичне (теплове, іонізуюче, електромагнітне, шумове та вібраційне). Джерела забруднення можуть бути природні (лісові пожежі, пил з ерозійних ґрунтів, піщані бурі і т. ін.) та штучні (антропогенні), створені господарською діяльністю людини.
Природне забруднення атмосфери. У нормі природні джерела забруднення не спричиняють істотних змін повітря. Інтенсивне поширення певного природного джерела забруднення на певній території (викиди попелу і газів вулканами, лісові і степові пожежі) можуть стати серйозною причиною забруднення атмосфери.
Так, під час виверження вулкана Кракатау в 1883 р. маса попелу та пилу становила 150 млрд. т, і вони поширилися майже по всій земній кулі. Внаслідок виверження вулкана на Алясці в 1912 р в атмосферу надійшло понад 20 млрд. т пилу, який тривалий час утримувався в повітрі.
Такі катастрофічні явища зумовлюють іноді утворення світлонепроникного екрана навколо Землі, а також зміну її теплового балансу. Проте природні забруднення атмосфери здебільшого не завдають значної шкоди людині, бо відбуваються за певними біологічними законами і регулюються кругообігом речовин, виявляються періодично.
Штучне (антропогенне) забруднення атмосфери відбувається внаслідок зміни її складу та властивостей під впливом діяльності людини. Забруднювачі включають шкідливі викиди промислових, енергетичних і транспортних джерел. За будовою та характером впливу на атмосферу штучні джерела забруднення умовно поділяють на технічні (пил цементних заводів, дим і сажа від згоряння вугілля) та хімічні (пило- або газоподібні речовини, які можуть вступати в хімічні реакції).
За агрегатним станом усі забруднювальні речовини поділяють на тверді, рідкі та газоподібні. Саме газоподібні забруднювачі становлять 90% загальної маси речовин, що надходять в атмосферу.
У світі щороку спалюють понад 10 млрд. т органічного палива., переробляють близько 2 млрд. рудних і нерудних матеріалів. Лише від спалювання вугілля в атмосферу щороку потрапляє близько 120 млн. т попелу, а разом з іншими видами пилу - до 300 млн. т. За приблизними підрахунками, в атмосферу за останні 100 років надійшло 1,5 млн. т арсену, 1 млн. т нікелю, 900 тис. т чадного газу, 600 тис. т цинку, стільки ж міді.
У цілому в Україні понад 37 тисяч різних промислових об'єктів щорічно викидають в атмосферу 19 млн. т шкідливих речовин. Основний внесок у викиди забруднювальних речовин в атмосферу від стаціонарних джерел вкладають підприємства енергетики та металургії.
Найбільший обсяг викидів у Донецько-Придніпровському регіоні - 79%. Особливо потерпають міста Маріуполь, Донецьк, Дніпродзержинськ, Дніпропетровськ, Запоріжжя, Горлівка, Енергодар.
Як позитивний факт можна відмітити - аналіз викидів за вмістом пилу, оксиду азоту (IV), оксиду сірки (IV), вуглекислого газу в повітрі міст України показав, що вони значно зменшились не тільки за рахунок спаду виробництва, а й завдяки проведенню відповідних заходів щодо їх зменшення (рис. 3.1).
Викиди, тис.т
Рис. 3.5. Динаміка викидів забруднювальних речовин
від стаціонарних джерел:1 - оксид вуглецю (II);
2 - оксид сірки (IV); 3 - оксиди азоту; 4-вуглеводні
Концентрація забруднювачів в атмосферному повітрі залежить, у першу чергу, від величини викиду їх джерелом, від віддаленості від місця викиду (від факелу викиду), від здатності самого забруднення до розсіювання, тобто від фізико-хімічних властивостей сполуки. Концентрація забруднювачів також залежить від кліматичних чинників - барометричного тиску, температури, вологості і швидкості вітру. Забруднення атмосфери неоднакове по регіонах. В індустріально розвинених районах воно може бути в тисячу разів більшим за середньопланетарні значення.
Як уже було зазначено, забруднювальні речовини поділяються на матеріальні й енергетичні. Матеріальні забруднювальні речовини, в свою чергу, поділяються на інертні (пил, дим, попіл, сажа) та активні (окиси металів і неметалів та їхні сполуки). Інертні забруднювальні речовини являють собою різнофракційні зважені в повітрі частинки твердих речовин, що мають небезпечний фізичний вплив на людей, тварин, рослини. Активні забруднювальні речовини не лише самі небезпечно діють на все живе, але й, сполучаючись одні з одними, збільшують токсичність та ураження.
Як найпоширеніші і небезпечні були виділені такі категорії забруднювачів:
Оксид вуглецю СО (чадний газ). Оксиди азоту NOx. Особливо небезпечні оксиди азоту в містах, де вони, взаємодіючи з вуглеводами вихлопних газів, утворюють фотохімічний туман -смог. При контакті з вологою поверхні слизуватої оболонки оксиди азоту утворюють кислотиHN03 іHN02, які призводять до набряку легенів.
Діоксиди сірки Ох. При контакті з вологою оксиди сірки утворюють кислотиH2SO4іH2S03.
Вуглеводні (пари бензину, пентан, гексан і ін.).Мають наркотичну дію, у малих концентраціях викликають головний біль, запаморочення й т.п.
Альдегіди.У разі тривалого впливу на людину викликають подразнення слизових оболонок очей і дихальних шляхів.
З'єднання свинцю. В організм через органи дихання надходить до 50% з’єднань свинцю. У великих містах вміст свинцю в атмосфері досягає 5-38 мкм/м3, що перевищує природний фон у 104 рази.
Атмосферний пил. В атмосфері постійно присутній пил різного походження й хімічного складу, до якого належать дим, зола, пил, сажа. Це можуть бути різнофракційні частки диму, смол, мазуту, тютюнового диму, сажі, вуглецю, пігментів фарб, диму окисів, розпиленого вугілля, летючої золи, вугільного та цементного пилу, дробленого вапняку, пилу хімдобрив і т. ін. Тверді частки в повітрі утворюють аеродисперсну систему, в склад якої, відповідно до розмірів фракцій, входять: аеросуспензії (фракції>10 мкм) - грубий пил; аерочастки (фракції<10 мкм) - тонкий пил; аерозолі (фракції<0,1 мкм) – дим.
До аерозолів належать зважені тверді частки неорганічного й органічного походження, а також зважені частки рідини (туману). Пил – це дисперсна малостійка система, що містить більше великих часток, ніж дими й тумани. Рахункова концентрація (число часток в 1 см) мала порівняно з димами й туманами. Неорганічний пил у промислових газових викидах утворюється під час гірських розробок, переробки руд, металів, мінеральних солей і добрив, будівельних матеріалів, карбідів та інших неорганічних речовин. Промисловий пил органічного походження - це, наприклад, вугільна, деревна, торф'яна, сланцева, сажа й ін. До димів належать аеродисперсні системи з малою швидкістю осадження під дією сили ваги. Дими утворюються при спалюванні палива та його деструктивній переробці, а також у результаті хімічних реакцій, наприклад, при взаємодії аміаку й хлороводню, при окислюванні пару металів в електричній дузі й т. ін. Розміри часток у димах набагато менші, ніж у пилу й туманах, і мають розміри від 5 мкм до субмікронів, тобто менші за 0,1 мкм. Тумани складаються з крапельок рідини, що утворюються при конденсації пару або розпиленні рідини. У промислових вихлопах тумани утворюються головним чином з кислот: сірчаної, фосфорної й ін. Друга група - газоподібні й пароподібні речовини, що містяться в промислових газових вихлопах, є набагато численнішою. До неї належать кислоти, галогени й галагенопохідні, газоподібні оксиди, альдегіди, кетони, спирти, вуглеводні, аміни, нітросполуки, пари металів, піридини, меркаптани й багато інших компонентів газоподібних промислових відходів.
Серйозної шкоди навколишньому середовищу завдає хімічна промисловість. Особливо небезпечними є сірчисті сполуки, оксиди азоту, хлор та ін. Майже всі забруднювальні речовини можуть вступати між собою в реакції, утворюючи високотоксичні сполуки. Поєднання їх із туманом дістало назвуфотохімічного смогу.
Концентрація специфічних шкідливих речовин у цілому по районах перевищує санітарні норми щодо бензапірену - в 5 разів, формальдегіду - в 4 рази, фенолу - в 2 рази, діоксиду азоту - в 1,5 раза, пилу - в 1,3 раза.
Серйозні наслідки мас забруднення повітря хлорфторметанами й фреонами. Широке застосування фреонів у холодильних системах, у виробництві аерозольних балонів призводить до появи їх на значних висотах, у стратосфері та мезосфері. Взаємодія хлорфтормістких сполук з озоном призводить до руйнування захисного поясу Землі.
Прогнозується, що до 2005 року шар озону за сучасного рівня потрапляння фреонів у повітря може зменшитись на 20%, що призведе в помірних широтах до 10-кратного зростання інтенсивності ультрафіолетового випромінювання й у кілька разів збільшить число захворювань на рак шкіри.
Значним джерелом забруднення довкілля є підприємства чорної металургії. Вони викидають в атмосферу багато пилу, кіптяви, сажі, важких металів (свинець, кадмій, ртуть, мідь, нікель, цинк, хром). Ці речовини практично стали постійними компонентами повітря промислових центрів. Особливо гостро стоїть проблема забруднення повітря свинцем.
Повітря забруднюють практично всі види сучасного транспорту, кількість якого постійно збільшується у всьому світі.
Автотранспорт та інша техніка роблять значні викиди в атмосферу суміші, яка складається майже з 200 речовин. Трохи не всі складові вихлопних газів автомобілів шкідливі для людського організму, а оксиди азоту до того ж беруть активну участь у створенні фотохімічного смогу. Вони утворюються з викидів двигунів і картерів автомобілів, продуктів спрацювання механічних частин, покришок, дорожнього покриття. Склад вихлопних газів залежить від ряду чинників: типу двигуна (карбюраторний чи дизельний), режиму його роботи та навантаження, технічного стану, якості палива, а також від кваліфікації водія.
Одна вантажівка або один легковик викидають у повітря відповідно 6 м3і 3 м3чадного газуCO. Забруднюється повітря і пилом гуми з покришок автомобілів і літаків (один автомобіль утворює близько 10 кг гумового пилу). Так, у містах Вінниці, Кіровограді, Львові, Одесі, Чернівцях від автомобілів надходить у повітря 49% оксиду вуглецю (IV), 32% вуглеводнів та 20% оксидів азоту.
По м. Києву (рис. 3.2-3.4)
пасажирські легкові автомобілі
88.5%
Рис. 3.2. Структура автотранспортних засобів у м. Києві в 2004 р.
пасажирські легкові автомобілі
85,5%
Рис. 3.3. Структура викидів забруднювальних речовин
у повітряний басейн м. Києва від автотранспорту за 2004 р.
У табл. 3.1. показані основні компоненти вихлопних газів автомобільних двигунів. Причому, в бензинових двигунах основну частину шкідливих сполук становлять окис вуглецю, вуглеводні та окиси азоту, в той час, як у дизельних двигунів головними шкідливими компонентами є окиси азоту, сажа та вуглеводні. У вихлопних газах автотранспорту міститься також значна кількість альдегідів, парів води, неканцерогенних вуглеводнів. У результаті неповного згоряння в двигуні автомобіля частина вуглеводнів перетворюється на сажу, яка містить смолисті речовини, в т.ч. канцерогенний бензпірен. Надзвичайно шкідливими у вихлопах є сполуки неорганічного свинцю. Так, в 1 л бензину міститься 1 г тетраетилсвинцю, який після згоряння викидається в атмосферу, зате у викидах дизельного транспорту свинець відсутній.
Рис. 3.4. Обсяги викидів забруднювальних речовин в атмосферу
по видах автотранспорту в м. Києві за 2004 р.
Таблиця 3.1