Види і джерела забруднення атмосфери

Атмосфера - найбільш динамічна оболонка Землі; вона легко піддається впливу антропогенних факторів. Середній склад атмосферного повітря можна подати таким чином: N₂ -78,1%, О₂ - 20,9 %, Аr - 0,95%, СО₂ - 0.032 %, інші компоненти (Н₂, Nе, Не, СН₄ та ін.) знаходяться у вигляді домішок. Є і дещо інші дані про середній склад сухого повітря (об'ємний вміст, %): N₂ - 78,01, О₂ - 20,95, Аr - 0.93, СО₂ - 0,032, Ne- 10*10^-3, Не- 5,24*10^-4, СН₄ -1,4*10^-4, Kr – 1,14*10^-4,NO₂ - 5*10^-5, H₂,О₃. S0₂, СО, Хе та інші - менш млн.^-1 (Valley, 1965 - Ф. Рамад, 1981). Присутність в атмосфері газів, пари, твердих частинок і рідких речовин природного і антропогенного генезису, що змінюють фізико-хімічні властивості і склад, пригнічуючи діють на біосистеми, є показником забруднення атмосфери.

Природними джерелами забруднення атмосфери є гази, пил і різні продукти фіто-, зоо- та мікробіоценозів.

Пил - завислі в повітрі тверді частинки діаметром більше за 1 мкм. Аерозолі - колоїдні системи (0,1 - 0,001 мкм), що містять не тільки тверді, але і рідкі крапельки (нерідко з розчиненими в них ЗР); звичайно до аерозолів відносять крапельки діаметром 0,1-1 мкм, тоді як частинки такого ж розміру вважаються пилом. Рідкі аерозолі - тумани, тверді аерозолі - дими.

Промисловий пил утворюється внаслідок механічної обробки різних матеріалів (дроблення, помел, висадження, заповнення, розрівняння), теплових процесів (спалення, сушка, плавлення), транспортування сипучих матеріалів. В атмосфері завжди міститься деяка кількість пилу, яка може різко зрости під час пилових бур та вулканічних вивержень (наприклад, після виверження вулкана Кракатау в Зондській протоці у 1883 р. пил обгорнув усю земну кулю).

Неорганічний (мінеральний) пил містить продукти вивітрювання гірських порід, морську сіль, частинки попелу після вулканічних вивержень, лісових і степових пожеж. Органічнийпил складається з частинок рослин і мікроорганізмів.

Частинки діаметром менше за 5 мкм затримуються в бронхах, не вимиваються дощами і тривалий час перебувають в повітрі. Силікатний пил (3 мкм) викликає сілікоз, а азбестовий (голки довжиною більше за 5 мкм) представляє канцерогенну небезпеку. Небезпечні пил і аерозолі, що містять екологічно небезпечні метали (Рb, Сd, Zn, АІ, Ве, Мо, Ті, V і ін.). Пил і аерозолі природного (з морської води, з сухих ґрунтів, при вулканічних виверженнях тощо), а особливо антропогенного походження (промислові і транспортні викиди) часто є причиною алергії, а їх відкладення на листі перешкоджає нормальному ходу фотосинтезу. Для очищення від промислового пилу широко застосовуються сухі (пиловідстійні камери, циклони, фільтри тощо) і мокрі (турбулентні пиловловлювачі, електрофільтри та інші) методи очищення. Ефективне використання зелених насаджень; необхідно, щоб вони мали ширину 10-30 м і не були сильно густими, бо забруднене повітря огинає посадки зверху, утворюючи завихрення з підвітряного боку. Потрібно відмітити велику роль лісових ЕС: 1 га ялинового лісу збирає на рік 32 т пилу, соснового -36,4 т, букового - до 68 т [27].

Рідкі ЗР утворюються при конденсації парів, розливі рідин, внаслідок хімічних реакцій та інших процесах.

Газоподібні ЗР формуються внаслідок хімічних реакцій (наприклад, окислення руд, випалення нерудної мінеральної сировини). При спаленні органічного палива утворюються величезні кількості газів – СО₂, СО, SОx N0x, ВМ, радіоактивних речовин тощо. Могутнім джерелом газоподібних сполук є хімічні реакції розкладання (виробництво фосфорних добрив), електрохімічні процеси (виробництво алюмінію), випаровування, дистиляція [ЗІ].

Ступінь забруднення атмосферного повітря міст у 15 разів вищий від сільської місцевості і у 150 разів вищий, ніж над океаном; в промислових частинах міст випадає близько 1 кг пилу й сажі на 1 м². У забруднених містах помітно знижується прозорість повітря. Від техногенних джерел щорічно в атмосферу надходить 350 млн. т СО, 145 млн, т SO₂, 20 млн. т N0x, та інших ЗР(табл.6.1).

Головними джерелами забруднення атмосфери є:

- теплові електростанції (ТЕС) і теплоелектроцентралі (ТЕЦ) та інші об'єкти теплоенергетики;

- транспорт (переважно автотранспорт);

- чорна і кольорова металургія;

- машинобудування;

- хімічне виробництво;

- видобуток і переробка мінеральної сировини;

- відкриті джерела (виробки, сільськогосподарська рілля,

будівництво тощо).

Навіть при значному вмісті природних домішок вони не справляють такого сильного негативного впливу на НПС, як домішки антропогенного походження.

Теплові електростанції і теплоелектроцентралі, що спалюють тверде (торф, вугілля, горючі сланці), рідке (нафта, мазут) і газоподібне (газ) паливо, відносяться до найбільш поширених і потужних джерел викидів шкідливих ЗР в атмосферу. Основними ЗР, що надходять до атмосфери при спаленні палива, є тверді частки (зола, сажа), S0x, N0x, СО.

Таблиця 6.1

Порівняльна характеристика викидів забруднюючих речовин природного і антропогенного генезису в атмосферу [26]

Оксиди сірки утворюються при спаленні сірчистого вугілля і нафтопродуктів. Утворення оксидів азоту залежить від температури спалення, надлишку повітря, вмісту азоту в горючій масі; спочатку утвориться N0, який окислюється при високій температурі і надлишку повітря киснем до N0₂ і N₂O₄. При неповному згорянні палива в газоподібних викидах знаходяться СО, вуглеводні типу C_nH_2n+2 і C_nH_2n, поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ), токсичні сполуки типу бенз(а)пірену і пентаоксиду ванадію (V₂O₅) та ін. Серед хімічних канцерогенів провідне місце займають ПАВ, що утворюються при спаленні палива і його термічній переробці. Разом з викидами в атмосферу надходять також вельми токсичні метали (Ве, Аs, Sе, V, Сd, Нg і ін.) і радіонукліди (²³⁶U, ²³²Th, ⁴⁰K ), які можуть бути джерелами несприятливих впливів на природне середовище.

Транспорт є одним з найважливіших джерел забруднення атмосфери. Баланс викидів транспорту: автомобільний - 70%, сільськогосподарський -9,4%, повітряний - 7,3%, водний - 4,1%. Понад 300 млн. автомашин щодня викидають в повітря 800 тис. т чадного газу (СО), близько 1 тис. т свинцю. Один автомобіль, проходячи за рік 15 тис. км, потребує близько 4 т кисню, спалює 2-3 т палива й викидає в довкілля 3250 кг СO₂, 530 кг СО, 27 кг N0x, 10 кг гумового пилу. До складу вихлопних газів входить близько 200 хімічних сполук, з яких найбільш токсичні СО, N0x, S0x, С_nH_m, (в т.ч. ПАВ), альдегіди, РЬ. У великих містах автотранспортом викидається близько 90% СО, 70% С_nH_m та 90-98% РЬ. При спаленні бензину в повітря надходить свинець, який входить до антидетонаторної добавки - (С₂Н₅)₄Рb або (СН3)4Рb. Транспорт є джерелом пилу, а також шуму і вібрації. Кількість шкідливих речовин, що надходять в атмосферу в складі відпрацьованих газів, залежить від типу двигуна, режиму його роботи загального технічного стану автомобіля. Так, при порушенні регулювання карбюратора викиди СО збільшуються в 4-5 раз. Максимальний викиді бенз(а)пірену у вихлопних газах бензинового двигуна відмічається на, холостому ходу, при роботі в режимі великих навантажень. Викиді вихлопних газів відбувається поблизу органів дихання людини. Більшість компонентів вихлопних газів автомобілів негативно впливають на організм людини, а окремі компоненти беруть участь в утворенні смогу. Я

У чорній і кольоровій металургії кокс є продуктом багатьох» технологічних процесів. Виробництво коксу супроводиться виділенням твердих і газоподібних ЗР. Джерелом викиду твердих частинок в металургії є виробництво чавуна, сталі, феросплавів. Кольорова металургія є джерелом пилу і потужних газоподібних викидів S0₂, оксидів Аs, Рb, Sb і Си.

У машинобудівному і металообробному виробництві виділяється пил, що містить оксиди Fе, Мп, Мg, АІ, Р і ряду інших хімічних елементів. Велика кількість пилу виділяється при приготуванні формовочних сумішей. При газовому різанні металів виділяються токсичні сполуки Сr, Ni і Мп, СО, N0x, а при плазменному різанні утвориться ще Оз. Гальванічні цехи є джерелом парів НСІ, Н₂S0₄, НNО₃ або НF.

З величезної кількості ЗР, що викидаються підприємствами хімічної промисловості, найбільш важливими як за об'ємом, так і за токсичністю є Сl₂, N0x, Н₂S, НF і ін., а з органічних сполук - тіоли, вуглеводні, альдегіди, кетони і органічні кислоти.

При видобутку і переробці мінеральної сировини атмосфера забруднюється пилом і частинками самої корисної копалини в процесі подрібнення і випалення природних і штучних матеріалів. При окисленні і газифікації вуглистих порід териконів в атмосферу надходять СО₂, СО, S0₂, Н₂S, СH₄, та ін.

Відкрита розробка родовищ корисних копалин звичайно характеризується більш інтенсивним забрудненням атмосфери пилом, газами, що утворюються при вибухах і роботі транспорту (СО, СO₂, N0x, S0₂, вуглеводні, альдегіди). Так, в кар'єрах Криворізького басейну утворюється 11 тис. т/рік токсичних газів (в перерахунку на СО).

При виробництві будівельних матеріалів джерелами надходження в атмосферу твердих часинток (карбонати і оксиди кальцію, шлак, цемент тощо) є цементні заводи, установки по виробництву магнезиту, печі по випаленню цегли, кар'єри, підприємства по випуску ізоляційних матеріалів, керамічні заводи, установки по виробництву асфальту тощо. Найбільша кількість газоподібних ЗР утворюється при виробництві цементу; при випаленні цегли можуть виникнути викиди сполук фтору і діоксиду сірки, в скляній промисловості - викиди фтору і оксидів азоту.

У сільськогосподарському виробництві атмосферу забруднюють тваринницькі і птахівницькі ферми, промислові комплекси по виробництву м'яса (аміак, сірковуглець, меркаптани і ін.), енергетичні підприємства. До джерел поширення агрохімікатів відносяться склади, самі поля, на які вносяться отрутохімікати і мінеральні добрива.

Техногенні джерела забруднення розрізняються:

- за призначенням (технологічні, вентиляційні викиди);

- за місцем розташування (високі, незатінені, такі, що знаходяться у зоні дії вітрового потоку; затінені, низькі, розташовані нижче за будинки;

наземні);

- за геометричною формою (точкові, лінійні та площинні);

- за режимом роботи (безперервні, періодичної дії, залпові і миттєві);

за дальністю поширювання (внутрішньоплощинні й позаплощинні).

Таким чином, основна маса ЗР повітря (75%) припадає на продукти спалювання сучасної та викопної органічної речовини (деревина, торф, вугілля, горючі сланці, нафта і т.д.). Надзвичайно велике забруднення атмосфери ТЕС; їх «внесок» складає 100-120 млн. т золи на рік (великі ТЕС можуть викидати до тис. тонн па добу). За даними І.В. Давиденко (1982) після спалення протягом одного року 2,1 млрд. т кам'яного вугілля і 0,8 млрд. т бурого вугілля у довкілля викидається 225 тис. т миш'яку (для порівняння: річне виробництво миш'яку в світі - 40 тис. т), 255 тис. т германію (виробництво - 100 т), 153 тис. т кобальту (виробляється 1,3 тис. т). Забруднення атмосфери у районах паливно-енергетичних комплексів обумовлене інтенсивними газодимовими викидами, розробкою вугільних кар'єрів і т.д. При цьому однією із основних ЗР є сірка і її сполуки. Внаслідок викидів підприємств металургії, хімічної, нафтопереробної та інших видів промисловості до атмосфери надходять величезні кількості різних оксидів, вуглеводнів, пилу, диму і багатьох інших речовин, в т.ч. токсичних, канцерогенних і мутагенних ЗР.