Забруднення атмосфери

У результаті антропогенної діяльності відбувається забруднення атмосфери, що призводить до зміни хімічного складу атмосферного повітря. Під забрудненням атмосфери розуміють рідкі й тверді часточки та газуваті речовини, що надходять в атмосферу внаслідок побутової та промислової діяльності людей, а також фізіологічного життя людей і тварин у понаднормовій кількості. І взагалі, забрудненістю атмосфери називають несприятливі зміни стану атмосферного повітря, цілком або частково зумовлені діяльністю людини, які безпосередньо чи опосередковано впливають на розподіл енергії, що надходить, рівні радіації, фізико-хімічні властивості атмосфери та умови існування живих організмів.

Забруднення атмосфери відбувається також і природним шляхом: вулканічні гази, природний пил, спори грибів, мікроорганізми, пилок рослин тощо. Різні джерела забруднення природного та антропогенного походження наведені в табл. 6.1. Щороку в атмосферу внаслідок спалювання палива та з інших джерел потрапляє до 25 млрд т оксиду карбону (IV), понад 200 млн т оксиду карбону (II), близько 200 млн т оксиду сульфуру (IV), понад 50 млрд т різних вуглеводнів. До 2050 р. вміст вуглекислого газу в атмосфері може подвоїтись порівняно з 1978 р. У 1988 р. в колишньому СРСР викиди в атмосферу від стаціонарних джерел становили 64 млн т, а викиди транспорту досягали 37 млн т. У багатьох містах України концентрації забруднювальних речовин у кілька разів перевищували ГДК (табл. 6.2).

Основними джерелами забруднення є енергетика (теплові та електричні станції), промислові підприємства, транспорт (у першу чергу автомобільний), комунальне й сільське господарство та військово-промисловий комплекс. При цьому частка різних джерел дуже різниться. Так, у США на транспорт припадає 42 %, спалювання палива в стаціонарних установках – 21, промисловість – 14, спалювання деревного палива – 8, спалювання сміття – 8, на інші джерела – 10 %. Внаслідок спалювання палива утворюється 15 % вуглеводнів, 60 – оксидів нітрогену, 80 – сірчистого ангідриду і 26 % – пилу; від автотранспорту – 50 % вуглеводнів, 15 – оксидів нітрогену, 21 – пилу і 1 % – вуглекислого газу. У містах багато пилу утворюється внаслідок стирання автопокришок об поверхню покриття, а також органічних речовин і бактерій з побутових відходів та сміття.

Таблиця 6.1. Види забруднень і джерела забруднення атмосфери (Франсуа Рамад, 1981)

Таблиця 6.2. Викиди шкідливих речовин в атмосферу від стаціонарних джерел

(за даними Держкомстату СРСР)

Вихлопні гази автомобільного транспорту містять у середньому 4-5 % оксиду карбону (II), а також ненасичені вуглеводні й альдегіди з неприємним запахом, сірковмісні сполуки та сполуки плюмбуму в разі застосування етильованого бензину. До їх складу входять також канцерогенні сполуки. Легковий автомобіль під час руху викидає до 3 м³ за годину оксиду карбону (II) СО, а вантажний – 6 м³ і більше. Щороку понад 200 млн автомобілів викидають в атмосферу близько 200 млн т оксиду карбону (II), 40 млн т вуглеводнів, 20 млн т оксидів нітрогену та значну кількість свинцю.

Значною мірою забруднюють атмосферу літаки. Так, викиди чотиримоторного реактивного літака на злеті з повним навантаженням еквівалентні вихлопу 6850 автомобілів марки «фольксваген». У цих вихлопах міститься багато бензпірену. В портових містах джерелом забруднення є суднові дизельні двигуни, які споживають до 2 т палива за годину.

Одним із головних забрудників повітря є спалювання палива в теплоенергетиці. Під час спалювання 1 т вугілля в трубу викидається до 23 кг попелу, 15 кг оксиду сульфуру (IV) і значна кількість сажі. Теплові електростанції світу щороку викидають 120 млн т попелу і приблизно 60 млн т оксиду сульфуру SО₂. Очікується, що до 2002 р. викиди попелу можуть збільшитись до 1,5 млрд т, SО₂ – до 450 млн т за рік.

Кожне з наведених джерел пов'язане з викидами специфічних домішок, склад яких не завжди піддається ідентифікації. Найпоширенішими забрудниками, що надходять з промисловими викидами, є попіл, сажа, оксид цинку, силікати, хлорид плюмбуму, сірчистий і сірчаний ангідриди, гідрогенсульфід, меркаптани, альдегіди, вуглеводні, смоли, оксиди нітрогену, аміак, озон, оксиди карбону, фторид і хлорид гідрогену, силікофторид натрію, радіоактивні гази та аерозолі.

Теплові електростанції викидають в атмосферу гази, що містять азот, кисень, оксиди сульфуру і нітрогену, оксиди карбону й металів, попіл та радіонукліди. Підприємства чорної металургії викидають гази, що містять пил і оксиди карбону, сульфуру, нітрогену та металів. На 1 т виплавленого чавуну припадає 4,5 кг пилу; 2,7 кг SО₂; 0,1-0,5 кг мангану, а також сполуки арсену, фосфору, стибію, плюмбуму, меркурію, рідкісних металів та смолистих речовин.

Агломераційні фабрики викидають гази з великим вмістом пилу та оксиду сульфуру (IV) (до 190 кг SО₂ на 1 т руди). Мартенівські і конверторні цехи викидають гази з великою кількістю пилу. На 1 т мартенівської сталі викидається 3000-4000 м³ газів з пиловмістом 0,5 г/м³, 60 кг СО і 3 кг SО₂. Коксохімічні виробництва забруднюють атмосферу пилом і леткими сполуками.

Підприємства кольорові металургії викидають запилені гази, що містять флуориди, оксид сульфуру (IV) та оксиди кольорових і важких металів. З 1 т пилу, що викидається в атмосферу під час виплавляння мідних руд, можна вилучити до 100 кг міді й трохи менше свинцю та цинку. Хімічні виробництва забруднюють атмосферу пилом, що містить органічні та неорганічні сполуки, а також різними газами. Найхарактерніші газові викиди деяких хімічних виробництв наведені в табл. 6.3.

Заводи промисловості будівельних матеріалів викидають пил, фториди, оксиди сульфуру (IV) та нітрогену (IV). У викидах нафтодобувної та нафтопереробної промисловості містяться різні вуглеводні, гідрогенсульфід і гази з неприємним запахом (стирол, дивініл, толуол, ацетон, ізопрен та ін.).

Під впливом атмосферних опадів, сонячної радіації, перенесення повітряних мас, взаємодії з гідросферою й літосферою та діяльності мікроорганізмів атмосферне повітря позбавляється від сторонніх домішок. Цей процес називають самоочищенням атмосфери. Проте в результаті антропогенної діяльності утворюється така велика кількість забруднень, що атмосфера вже не здатна самоочищатися і відбувається значне накопичення забруднювальних речовин у повітрі.

За останні десятиріччя масштаби техногенних викидів в атмосферу істотно зросли і за розмірами наближаються до їх природних надходжень або за деякими інгредієнтами перевищують їх. В атмосферу викидається все більше ксенобіотиків, від яких вона не встигає очищатися.

Таблиця 6.3. Викиди в атмосферу деяких хімічних виробництв

(за даними І. Є. Кузнєцова і Т. М. Троїцького)

На форзаці І представлено у спрощеному вигляді карту забрудненості атмосферного повітря на території України (В.А. Барановський, 2000). Вона характеризує сумарну забрудненість атмосферного повітря і містить якісну та кількісну оцінки можливого впливу на здоров'я населення. Ступінь забрудненості атмосферного повітря встановлювали за кратністю перевищення фактичної концентрації забрудників відповідної ГДК з урахуванням класу небезпечності, сумації біологічної дії забруднень повітря і частоти перевищення ГДК.

Для складання карти автор використав розраховані показники зон розсіювання і величини сумарного забруднення. В результаті цього на карту нанесено ареали розсіювання сумарного забруднення навколо населених пунктів. Інтегральна фонова оцінка забрудненості повітря відображена за допомогою ізоліній та ареалів і має такі рівні: низький (індекси від 0 до 1); нижчий від середнього (1-3); середній (3-6); підвищений (6-12); високий (12-24); дуже високий (24-48) і надзвичайно високий (понад 48).

Основні забрудники атмосферного повітря згруповано в такі класи: галогени, сульфур та його сполуки, нітроген та його сполуки, карбон та його сполуки, органічні сполуки, метали та завислі речовини. Для порівняння класів між собою проведено їх стандартизацію. За стандарт прийнято 3-й клас шкідливості речовин.

Як видно з цієї карти, найвище забруднення характерне для Донець-ко-Придніпровського регіону, а також для зон навколо обласних центрів. Порівняльний аналіз карт забрудненості атмосферного повітря і метеорологічного потенціалу атмосфери свідчить про те, що на території України переважають процеси розсіювання забрудників. Виняток становлять гірські райони Криму і Карпат, де умови сприятливі для їх накопичення. Проте в цих районах невеликий рівень промислового забруднення, в них недоцільно розміщувати промислові об'єкти. Вся територія України має певний позитивний потенціал самоочищення атмосфери. Це дає змогу прогнозувати поліпшення екологічного стану атмосферного повітря за умови дотримання певних природоохоронних заходів.