Хімічне забруднення атмосфери

ХІМІЧНЕ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРИ

  • Основні забруднюючі речовини.
  • Аерозольна забруднення атмосфери.
  • Фотохімічний туман (зміг).
  • Проблема контролювання викиду в атмосферу забруднюючих речовин промисловими підприємствами (ГДК).
Хімічне забруднення атмосфери

Я почну з огляду тих чинників, які призводять до погіршення стану однієї з найважливіших складових біосфери - атмосфери. Людина забруднює атмосферу вже тисячоліттями, проте наслідки вживання вогню, яким він користувався весь цей період, були незначні. Доводилося миритися з тим, що дим заважав диханню і що сажа лягала чорним покривом на стелі і стінах житла. Отримується тепло було для людини важливіше, ніж чисте повітря і незакінчені стіни печери. Це початкове забруднення повітря не представляло проблеми, тому що люди жили тоді невеликими групами, займаючи неізмерно велике недоторкане природне середовище. І навіть значне зосередження людей на порівняно невеликій території, як це було в класичній стародавності, не супроводжувалося ще серйозними наслідками.

Так було аж до початку дев'ятнадцятого століття. Лише за останні сто років розвиток промисловості "обдарував" нас такими виробничих-ними процесами, наслідки яких спочатку людина ще не могла собі уявити. Виникли міста-мільйонери, зростання яких зупинити не можна. Все це результат великих винаходів і завоювань людини.

Основні забруднюючі речовини.

Хімічне забруднення атмосфери

В основному існують три основних джерела забруднення атмосфери: промисловість, побутові котельні, транспорт. Частка кожного з цих джерел у загальному забрудненні повітря сильно різниться залежно від місця. Зараз загальновизнано, що найбільш сильно забруднює повітря промислове виробництво. Джерела забруднень - теплоелектростанції, які разом з димом викидають у повітря сірчистий і вуглекислий газ; металургійні підприємства, особливо кольорової металургії, які викидають у повітря оксиди азоту, сірководень, хлор, фтор, аміак, сполуки фосфору, частинки і з'єднання ртуті і миш'яку; хімічні і цементні заводи. Шкідливі гази потрапляють в повітря в результаті спалювання палива для потреб промисловості, опалення осель, роботи транспорту, спалювання і переробки побутових і промислових відходів.

Атмосферні забруднювачі поділяють на первинні, що надходять безпосередньо в атмосферу, і вторинні, є результатом перетворення останніх. Так, що надходить в атмосферу сірчистий газ окислюється до сірчаного ангідриду, який взаємодіє з парами води і утворює крапельки сірчаної кислоти. При взаємодії сірчаного ангідриду з аміаком утворюються кристали сульфату амонію.

Подібним чином, в результаті хімічних, фотохімічних, фізико-хімічних реакцій між забруднюючими речовинами і компонентами атмосфери, утворюються інші вторинні ознаки. Основним джерелом пірогенного забруднення на планеті є теплові електростанції, металургійні і хімічні підприємства, котельні установки, що споживають більше 70% щорічно видобувається твердого та рідкого палива. Основними шкідливими домішками пірогенного походження є наступні:

  1. Оксид вуглецю. Виходить при неповному згорянні вуглецевих речовин. У повітря він потрапляє в результаті спалювання твердих відходів, з вихлопними газами і викидами промислових підприємств. Щорічно цього газу надходить в атмосферу не менше 1250 млн.т. Оксид вуглецю є з'єднанням, активно реагує зі складовими частинами атмосфери і сприяє підвищенню температури на планеті, і створенню парникового ефекту.
  2. Сірчистий ангідрид. Виділяється в процесі згоряння серусодержащего палива або переробки сірчистих руд (до 170 млн.т. в рік). Частина сполук сірки виділяється при горінні органічних залишків в гірничорудних відвалах. Тільки в США загальну кількість викинутого в атмосферу сірчистого ангідриду склало 65% від загальносвітового викиду.
  3. Сірчаний ангідрид. Утворюється при окисленні сірчистого ангідриду. Кінцевим продуктом реакції є аерозоль або розчин сірчаної кислоти в дощовій воді, що підкисляє ґрунт, загострює захворювання дихальних шляхів людини. Випадання аерозолю сірчаної кислоти з димових факелів хімічних підприємств відзначається при низької хмарності й високої вологості повітря. Листові пластинки рослин, проізрастающіхна відстані менше 11 км. від таких підприємств, звичайно бувають густо усіяні дрібними некротичними плямами, що утворилися в місцях осідання крапель сірчаної кислоти. Пирометаллургические підприємства кольорової і чорної металургії, а також ТЕС щорічно викидають в атмосферу десятки мільйонів тонн сірчаного ангідриду.
  4. Сірководень і сірковуглець. Надходять в атмосферу окремо або разом з іншими сполуками сірки. Основними джерелами викиду є підприємства по виготовленню штучного волокна, цукру, коксохімічні, нафтопереробні, а також нафтопромисли. В атмосфері при взаємодії з іншими забруднювачами піддаються повільному окисленню до сірчаного ангідриду.
  5. Оксиди азоту. Основними джерелами викиду є підприємства, що виробляють азотні добрива, азотну кислоту і нітрати, анілінові барвники, нітросполуки, віскозний шовк, целулоїд. Кількість оксиди азоту, що надходять в атмосферу, становить 20 млн.т. на рік.
  6. Сполуки фтору. Джерелами забруднення є підприємства з виробництва алюмінію, емалей, скла, кераміки, стали, фосфорних добрив. Фторосодержащие речовини надходять в атмосферу у вигляді газоподібних сполук - фтороводорода або пилу фториду натрію і кальцію. Сполуки характеризуються токсичним ефектом. Похідні фтору є сильними інсектицидами.
  7. Сполуки хлору. Надходять в атмосферу від хімічних підприємств, які виробляють соляну кислоту, хлоросодержащие пестициди, органічні барвники, гідролізний спирт, хлорне вапно, соду. В атмосфері зустрічаються як домішка молекули хлору і парів соляної кислоти. Токсичність хлору визначається видом з'єднань і їх концентрацією. У металургійній промисловості при виплавці чавуну і при переробці його на сталь відбувається викид в атмосферу різних важких металів і отруйних газів. Так, в розрахунку на 1 т. Передільного чавуну виділяється крім 12,7 кг. сірчистого газу і 14,5 кг пилових частинок, що визначають кількість з'єднань миш'яку, фосфору, сурми, свинцю, парів ртуті і рідкісних металів, смоляних речовин і ціаністого водню.

Аерозольна забруднення атмосфери.

Аерозолі - це тверді або рідкі частинки, що знаходяться в підвішеному стані в повітрі. Тверді компоненти аерозолів у ряді випадків особливо небезпечні для організмів, а в людей викликають специфічні захворювання. В атмосфері аерозольні забруднення сприймаються у вигляді диму, туману, імли або серпанку. Значна частина аерозолів утворюється в атмосфері при взаємодії твердих і рідких частинок між собою або з водяною парою. Середній розмір аерозольних часток становить 1-5 мкм. В атмосферу Землі щорічно надходить близько 1 куб.км. пилоподібних частинок штучного походження. Велика кількість пилових частинок утворюється також в ході виробничої діяльності людей. Відомості про деякі джерела техногенного пилу наведені нижче:

ВИРОБНИЧИЙ ПРОЦЕС.
ВИКИД ПИЛУ, МЛН.Т / РІК:

Хімічне забруднення атмосфери
  1. Спалювання кам'яного вугілля 93,600
  2. Виплавка чавуну 20,210
  3. Виплавка міді (без очищення) 6,230
  4. Виплавка цинку 0,180
  5. Виплавка олова (без очищення) 0,004
  6. Виплавка свинцю 0,130
  7. Виробництво цементу 53,370

Основними джерелами штучних аерозольних забруднень повітря є ТЕС, які споживають вугілля високої зольності, збагачувальні фабрики, металургійні, цементні, магнезитові і сажеві заводи. Аерозольні частинки від цих джерел відрізняються більшою розмаїтістю хімічного складу. Найчастіше в їхньому складі виявляються сполуки кремнію, кальцію і вуглецю, рідше - оксиди металів: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селену, миш'яку, берилію, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також азбест.

Ще більша розмаїтість властива органічному пилу, що включає аліфатичні і ароматичні вуглеводні, солі кислот. Вона утворюється при спалюванні залишкових нафтопродуктів, у процесі піролізу на нафтопереробних, нафтохімічних і інших подібних підприємствах.

Постійними джерелами аерозольного забруднення є промислові відвали - штучні насипи з перевідкладеного матеріалу, переважно розкривних порід, утворених при видобутку корисних копалин або ж з відходів підприємств переробної промисловості, ТЕС.

Джерелом пилу й отруйних газів служать масові вибухові роботи. Так, в результаті одного середнього по масі вибуху (250-300 тонн вибухових речовин) в атмосферу викидається близько 2 тис.куб.м. умовного оксиду вуглецю і більше 150 т. пилу.

Виробництво цементу та інших будівельних матеріалів також є джерелом забруднення атмосфери пилом. Основні технологічні процеси цих виробництв - подрібнення і хімічна обробка напівфабрикатів і одержуваних продуктів у потоках гарячих газів завжди супроводжується викидами пилу й інших шкідливих речовин в атмосферу.

До атмосферних забруднювачів відносяться вуглеводні - насичені і ненасичені, що включають від 1 до 13 атомів вуглецю. Вони піддаються різним перетворенням, окисленню, полімеризації, взаємодіючи з іншими атмосферними забруднювачами після збудження сонячною радіацією. В результаті цих реакцій утворюються перекисні з'єднання, вільні радикали, сполуки вуглеводнів з оксидами азоту і сірки часто у вигляді аерозольних частинок. При деяких погодних умовах можуть утворюватися особливо великі скупчення шкідливих газоподібних і аерозольних домішок в приземному шарі повітря.

Фотохімічний туман (зміг).

Хімічне забруднення атмосфери

Фотохімічний туман являє собою багатокомпонентну суміш газів і аерозольних частинок первинного і вторинного походження. До складу основних компонентів смогу входять озон, оксиди азоту та сірки, численні органічні сполуки перекисной природи, звані в сукупності фотооксидантами.

Фотохімічний зміг виникає в результаті фотохімічних реакцій за певних умов: наявності в атмосфері високої концентрації оксидів азоту, вуглеводнів і інших забруднювачів, інтенсивної сонячної радіації і затишності або дуже слабкого обміну повітря в приземному шарі при потужній і протягом не менше доби підвищеної інверсії. Стійка безвітряна погода, зазвичай супроводжується інверсіями, необхідна для створення високої концентрації реагуючих речовин.

Виникає циклічна реакція, у результаті якої в атмосфері поступово накопичується озон. Цей процес в нічний час припиняється. У свою чергу озон вступає в реакцію олефинами. В атмосфері концентруються різні перекису, які в сумі і утворюють характерні для фотохімічного туману оксиданти. Останні є джерелом так званих вільних радикалів, що відрізняються особливою реакційною здатністю.

Такі смоги - нерідке явище над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком і іншими містами Європи й Америки. З власного фізіологічного впливу на організм людини вони вкрай небезпечні для дихальної і кровоносної системи і часто бувають причиною передчасної смерті міських жителів з ослабленим здоров'ям.

Проблема контролювання викиду в атмосферу забруднюючих речовин промисловими підприємствами (ГДК).

Хімічне забруднення атмосфери

ГДК - такі концентрації, які на людину і її потомство прямого або непрямого впливу, які не погіршують їх працездатності, самопочуття, а також санітарно-побутових умов життя людей.

Узагальнення всієї інформації з ГДК, одержуваної усіма відомствами, здійснюється в ГГО (Головною Геофізичної Обсерваторії). Щоб за результатами спостережень визначити значення повітря, виміряні значення концентрацій порівнюють з максимальної разової гранично допустимою концентрацією і визначають число випадків, коли були перевищені ГДК, а також у скільки разів найбільше значення було вище ГДК. Середнє значення концентрації за місяць або за рік порівнюється з ГДК тривалої дії - среднеустойчівой ГДК. Стан забруднення повітря декількома речовинами, спостережувані в атмосфері міста, оцінюється за допомогою комплексного показника - індексу забруднення атмосфери (ІЗА). Для цього нормовані на відповідне значення ГДК і середні концентрації різних речовин за допомогою нескладних розрахунків приводять до величини концентрацій сірчистого ангідриду, а потім підсумовують.

Максимальні разові концентрації основних забруднюючих речовин були найбільшими в Норильську (оксиди азоту та сірки), Фрунзе (пил), Омську (чадний газ). Ступінь забруднення повітря основними забруднюючими речовинами знаходиться в прямій залежності від промислового розвитку міста. Найбільші максимальні концентрації характерні для міст з чисельністю населення понад 500 тис. Жителів. Забруднення повітря специфічними речовинами залежить від виду промисловості, розвинутої у місті. Якщо у великому місті розміщені підприємства декількох галузей промисловості, то створюється дуже високий рівень забруднення повітря, однак проблема зниження викидів багатьох специфічних речовин дотепер залишається невирішеною.

Схожі статті