Загрязнение атмосферы – результат выбросов загрязняющих веществ из
различных источников. Причинно-следственные связи этого явления нужно
искать в природе земной атмосферы. Так, загрязнения переносятся по воздуху
от источников появления к местам их разрушающего воздействия; в атмосфере
они могут претерпевать изменения, включая химические превращения одних
загрязнений в другие, еще более опасные вещества.
Установившееся содержание загрязнений в воздухе (выбросы) определяет
степень разрушающего воздействия на данный регион. Можно сказать, что
степень загрязнения атмосферы зависит от числа и массы выбросов.
Оценка результатов загрязнения атмосферы включает отрицательное
воздействие на отдельные объекты живой природы, т.е. людей, животных,
растения; на неживые составляющие природы, включая воду, почву и ландшафт в
целом, и на строения и материалы. В более широком смысле в качестве такого
отрицательного воздействия можно рассматривать саму загрязненную атмосферу,
климат, а также ряд экономических и социальных условий.
В общем плане концепция загрязнения атмосферы включает значительное число
действий и явлений, ведущих к ухудшению исходного, природного качества ее.
В более узком смысле, соответствующем концепции, согласованной в рамках
стран, входящих в систему Комекон и ряда других, загрязнение атмосферы
понимается как выброс твердых, жидких и газообразных загрязняющих веществ.
Считается, что загрязняющие вещества – это те, которые оказывают
отрицательное воздействие на окружающую среду либо непосредственно, после
химических изменений в атмосфере, либо в сочетании с другими веществами.
В соответствии с концепцией защиты атмосферы, принятой в некоторых
промышленно развитых странах (например, в Германии), загрязнением атмосферы
считается прямое или косвенное введение в нее любого вещества в таком
количестве, которое воздействует на качество и состав наружного воздуха,
нанося вред людям, живой и неживой природе, экосистемам, строительным
материалам, природным ресурсам – всей окружающей среде. В соответствии с
этим определением к загрязнению атмосферы следовало бы отнести выброс
больших количеств водяного пара от градирен электростанций, если бы это
привело к ухудшению видимости из-за тумана, образованию гололедицы на
дорогах, повышению коррозионного воздействия атмосферы и т. д.
В рамках Конвенции по обширным межгосударственным загряз нениям воздуха
загрязнением атмосферы, помимо выбросов в воздух материальных частиц,
считаются также приводящие к ущербу выбросы энергии. Следовательно, выбросы
теплоты шума вибраций и излучений (не только радиоактивных, но и
электромагнитных, таких как микроволновые, радарные, ультравысокочастотные,
т. е. тех, которые испускаются высоковольтными линиями и т. д.) могут
считаться видами загрязнения.
Рассмотрим подробнее некоторые последствия загрязнения атмосферы
Парниковый эффект
Климат Земли, который зависит главным образом от состояния ее атмосферы,
на протяжении геологической истории периодически изменялся: чередовались
эпохи значительного похолодания, когда большие территории покрывались
ледниками, и эпохи потепления. Но в последнее время ученые метеорологи бьют
тревогу: похоже на то, что атмосфера Земли разогревается значительно
быстрее, чем когда-нибудь в прошлом. Это обусловлено деятельностью
человека, которая, во-первых, разогревает атмосферу путем сжигания большого
количества угля, нефти, газа, а также работы атомных электростанций. Во-
вторых, и это главное, сжигание органического топлива, а также уничтожение
лесов приводит к накоплению в атмосфере большого количества углекислого
газа. За последние 120 лет содержание этого газа в воздухе увеличилось на
17%. В земной атмосфере углекислый газ действует как стекло в теплице или
парнике: он свободно пропускает к поверхности Земли солнечные лучи, но
удерживает тепло нагретой Солнцем поверхности Земли. Это вызывает
разогревание атмосферы, известное как парниковый эффект. По подсчетам
ученых, в ближайшие десятилетия среднегодовая температура на Земле за счет
парникового эффекта может увеличиться на 1,5 – 2 (С.
Если человечество не уменьшит количество загрязнений атмосферы, и
глобальная температура будет увеличиваться и дальше, как это имеет место на
протяжении последних 20 лет, то очень быстро климат станет теплее, чем в
какое-либо время на Земле за последние 100 000 лет. Это вызовет активное
ускорение глобального экологического кризиса.
……
4,5 мин
Озоновая дыра в атмосфере
На высоте 20-50 км воздух одержит повышенное количество озона. Озон
образуется в стратосфере за счет молекул обычного, двухатомного кислорода
О2, который поглощает жесткое УФ излучение. Энергия лучей УФ-В и УФ-С
тратится на фотохимическую реакцию образования озона из кислорода:3О2 ->
2О3 и поэтому до поверхности земли они не доходят, туда проникает лишь
значительно ослабленный поток «мягкого» УФ-С.
В последнее время ученые чрезвычайно обеспокоены снижением содержания
озона в озоновом слое атмосферы. Над Антарктидой обнаружена «дыра» в этом
слое, где содержание его меньше обычного на 40 – 50%. Эта озоновая дыра из
года в год увеличивает свою площадь и сегодня она уже больше материка
Антарктида. Озоновая дыра обусловила усиление УФ - фона в странах,
размещенных в Южном полушарии, ближе к Антарктиде, прежде всего в Новой
Зеландии. Медики этой страны бьют тревогу, констатируя значительное
повышение количества заболеваний, обусловленных увеличенным УФ-фоном,
таких, как рак кожи и катаракта глаз.
……
Установлено, что повреждению озонового слоя способствует некоторые
химические вещества (например, оксиды азота), которые попадают в
стратосферу с восходящими воздушными течениями. Тут они вступают в реакцию
с озоном и разлагают его на кислород. Но в то же время оксидов азота в
атмосфере очень мало, они нестойки и серьезно не влияют на количество озона
в стратосфере. Но появился другой источник озоноповреждающих веществ – это
деятельность человека. Современная промышленность все в больших количествах
использует так называемые фреоны (хлорфторметаны, такие как CFCL3,
CF2ClCBr). Они широко используются как хладагенты в рефрижераторах и
домашних холодильниках, как аэрозольные разбрызгиватели в баллончиках с
краской, лаком, парфюмерией, для очистки полупроводниковых схем. Сегодня в
мире ежегодно выпускается несколько миллионов тонн фреонов.
Для людей пары фреонов не вредны, но они чрезвычайно стойкие и могут
сохраняться в атмосфере до 80 лет. Пары фреонов с восходящими воздушными
течениями попадают в стратосферу, где под влиянием УФ излучения Солнца их
молекулы распадаются, освобождая атома хлора. Это вещество действует, как
очень сильный катализатор, разлагая молекулы озона до кислорода. Один атом
хлора способен разложить 100 000 молекул озона.
Под угрозой исчезновения озонового слоя руководители многих стран мира
решили решительно действовать. И в 1985 г. в Монреале указами большинства
стран мира был подписан протокол об охране атмосферного озона. Решено до
2000-го года уменьшить на 50% использование фреонов, а вскоре и совсем
отказаться от них, заменяя их безопасными соединениями.
Смог
В декабре 1952 г. информационные агентства мира передавали тревожные
сообщения из Лондона про беду, которая посетила этот большой город.
Безветренная и очень холодная погода привела к скоплению над городом т.н.
«черного смога» – облака вредных газов, к чему привело усиленная работа
сотен котельных, в топках которых горели уголь, мазут и соляр. В
околоземном слое воздуха резко возросло количество (до 10 мг/м3, а в
некоторых местах и больше) отравляющих окисей азота и других вредных
компонентов. Это привело к гибели в Лондоне около 4 000 человек, десятки
тысяч попали в больницы, заболели легочными заболеваниями.
Над другим большим городом – Лос-Анджелесом – нередко появляется т.н.
«белый смог» в результате большой загазованности автотранспортом. Это
явление серьезно вредит здоровью жителей таких городов, как Нью-Йорк,
Чикаго, Бостон, Токио, Милан, Мехико. В ближайшее время оно может
возникнуть в наших наибольших индустриальных городах, к тому же еще
перегруженных автотранспортом (Киев, Харьков, Днепропетровск, Одесса,
Симферополь и др.). Благоприятными условиями для появления смога являются
солнечные безветренные летние дни.
Исследования ученых показывают, что смог возникает в результате сложных
фотохимических реакций в воздухе, загрязненном углеводородами, пылью, сажей
и окисями азота под влиянием солнечного света, повышенной температуры
нижних слоев воздуха и большого количества озона, который выделяется в
результате разложения двуокиси азота под действием веществ из не полностью
сгорелого автомобильного топлива. В сухом, загазованном и теплом воздухе
возникает прозрачный синеватый туман, который неприятно пахнет, раздражает
глаза, горло, вызывает удушье, бронхиальную астму, эмфизему легких. Листва
на деревьях вянет, покрывается пятнами, желтеет.
Кислотные дожди
Окиси серы и азота, которые выбрасываются в атмосферу вследствие работы
тепловых электростанций и автомобильных двигателей, соединяются с
атмосферной влагой и образуют мелкие капельки серной и азотной кислот,
которые переносятся ветрами в виде кислотного тумана и выпадают на землю
кислотными дождями. Эти дожди крайне вредно действуют на окружающую среду:
- снижается урожайность большинства с/х культур вследствие повреждения листвы кислотами;
- вымывается из грунта кальций, калий, магний, который вызывает деградацию фауны и флоры;
- гибнут леса
- отравляется вода озер и прудов, где гибнет рыба, исчезают насекомые;
- исчезают водоплавающие птицы и животные, которые питаются насекомыми;
- гибнут леса в горных районах, что вызывает селевые потоки;
- ускоряется разрушение памятников архитектуры и жилищных зданий;
- увеличивается количество заболеваний людей.
Защита атмосферы
Защита атмосферы включает комплекс технических и административннх мер, прямо или косвенно направленных на прекращение или по крайней мере уменьшение возрастающего загрязнения атмосферы, являющегося следствнем промышленного развития.
Территориально-технологические проблемы включают как вопросы местоположения источников загрязнения атмосферы, так и ограничения или устранения ряда отрицательных зффектов. Поиск оптимальных решений по ограничению загрязнения атмосфери данным источником интенсифицировался параллельно с ростом уровня технических знаний и промышленным развитием, — разработан ряд специальных мер по защите атмосферы. Кроме того, начинается интегрирование процесса поиска оптимальных решений по ограничению эффектов загрязнения атмосферы с комплексным подходом к защите атмосферы, которое и ссматривает взаимосвязи между отдельными составляющими окружающей среды.
Таким образом, исследование эффектов загрязнения атмосферы становится все более зависимой, но не менее важной частью в области защиты атмосфери.
Придание исследованиям по защите атмосферы целенаправленного характера
должно включать борьбу против ее загрязнения, особенно промышленного, а
также от транспортных средств и других источников. Они не могут
проводиться, например, только ради постановки задач, но должны указывать
пути улучшения существующего положения. Таким образом, эта область
исследований не может пассивно комментировать сложившуюся ситуацию и делать
прогнозы, основывающиеся на данных самих “поставщиков загрязнений”, она
должна разрабатывать концепции, промежуточные и долговременные планы, а
также конкретные программы, направленные на активное ограничение
неблагоприятного хода событий, используя при этом локальную кратковременную
тактику и долговременную общенациональную стратегию.
Защита атмосферы не может быть успешной при односторонних и половинчатых мерах, направленных против конкретных источников загрязнения. Наилучшие результаты могут быть получены лишь при объективном, многостороннем подходе к определению причин загрязнения атмосферы, вкладу отдельных источников и выявленню реальных возможностей ограничения этих выбросов.
В городских и промышленных конгломератах, где имеются значительные концентрации малых и больших источников загрязняющих веществ, лишь комплексный подход, базирующийся на конкретных ограничсниях для конкретних источников или их групп, может привести к установлению приемлемого уровня загрязненил атмосфери при сочетании оптимальных зкономических и технологических условий. Исходя из этих положений необходим независимый источник информации, который располагал бы сведениями не только о степени загрязнения атмосферы, но и видах технологических й административных мер.
Объективная оценка состояния атмосферы совместно со сведениями обо всех возможностях уменьшения выбросов позволяет создать реальние планы и долговременние прогнозы загрязнения атмосферы применительно к наихудшим и наиболее благоприятным обстоятельствам и формирует твердую основу для выработки и укреплениия программы защиты атмосферы.
По продолжительности программы защиты атмосферы подразделяются на долговременные, средней продолжительности и кратковременные; методи подготовки планов по защите атмосфери базируются на обычных методах планирования и координируются так, чтобы удовлетворять долговременные требования в этой области (табл. 1/4).
Неотемлемой частью кратковременного и средней продолжительности планирования являются незамедлительные меры по предотвращению дальнейшего загрязнения наиболее неблагополучних в этом отношении районов путем установки оборудования, конструированного специально для снижения выбросов от существующих источников загрязненнй. Если предложення по долгосрочннм мерам для защиты атмосферы представлены в виде просто рекомендаций, то они, как правило, не реализуются, поскольку требования, предъявляемые промышленности часто не совпадают с ее интересами и планами развития.
Важнейший фактор в формированни прогнозов по защите атмосфери - количественная оценка будущих вибросов. На основании анализа источников вибросов в отдельных промышленних районах, особенно в результате процессов сгорания, заведена общенациональная оценка основных источников твердых и газосбразных выбросов за последнне 10—14 лет. Затем сделан прогноз о возможном уровне вибросов на предстоящие 10—15 лет. При этом были учтены два направлення развития национальной экономики: 1) пессимистическая опенка—допущение о сохранении существующего уровня технологии и ограничений по вибросам, а также о сохранении существующих методов контроля загрязненнй на действующнх источниках и о применнии современных высокоэффектнвных сепараторов только на новых источниках вибросов; 2) оптнмистнческая оценка—долущение о макснмальном развнтии и использовании новой технологии с ограниченным количеством отходов и применении методов, снижающнх твердые и газообразные выбросы как от сушествующих, так и от новых нсточников. Таким образом, оптимистическая оценка становится цслью при уменьшении вибросов.
Составление прогноза включает: определение основных мер, необходимых в данной технико-экономечской ситуации; установленне альтернативных путей промышлснного развития (особенно для топливных и других энергетических источников); оценку комплексных капиталовложений, требуемых для реализации всего стратегического плана; сопоставление этих затрат с ущербом от загрязнения атмосферы. Соотношение капиталовложений на защнту атмосферы (включая оборудование для ограничения выбросов от существующих и вновь вводимых источников) и суммарного ущерба от загрязнения атмосфери составляет примерно 3 : 10.
Вполне справедливо будет включить стоимость оборудования для ограничения выбросов в себестоимость продукции, а не в затрати на защиту атмосферы, тогда указанное соотношенис капиталовложений и ущерба от загрязнений составит 1 : 10.
Отдельные области исследований по защите атмосферы часто группируются в список в соответствии с рангом процессов, приводящие к ее загрязнению.
1. Источники выбросов (местоположение источников, применяемое сырье и методы его переработки, а также технологические процессы).
2. Сбор и накопленис загрязняющих веществ (твердых, жидких и газообразных).
3. Определение и контроль за выбросами (методы, приборы, технологни).
4. Атмосферные процессы (расстояние от дымових труб, перенос на дальние расстояния, химические превращения загрязняющих веществ в атмосфере, расчет ожидаемого загрязнения и составление прогнозов, оптимизация висоты дымових труб).
5. Фиксация выбросов (методы, приборы, стационарные и мобильные замери, точки замеров, сетки замеров).
6. Воздействие загрязненной атмосферы на людей, животных, растения, строения, материалы и т. д.
7. Комплексная защита атмосферы в сочетании с защнтой окружающей среди.
При этом необходимо учитывать различные точки зрення, основными из
которых являются:
— законодательная (административные меры);
— организационная и контролирующая;
— прогностическая с созданием проектов, программ и планов;
— экономическя с получением дополнительных экономических эффектов;
— научная, проведенне исследований и разработок;
— испытания н измерения;
— реализация, включая производство продукция и создаиие установок;
— практнческое прнменение и эксплуатация;
— стандартизация и унификация: