Природные и антропогенные источники загрязнения

В природоохранной практике необходимо учитывать не только антропогенные источники загрязнения (обусловленные сознательной деятельностью человека), но и природные. При этом вследствие загрязнения воздуха природными источниками сокращение промышленных выбросов не всегда может дать требуемый положительный эффект.

Следует подчеркнуть, что если выбросы от антропогенных источников оценивают уже давно (в США с 1900 г.), то выбросы от природных источников начали оценивать сравнительно недавно.

К природным источникам биогенного характера относятся растения и микроорганизмы, выделяющие различные химические соединения.

К природным источникам небиогенного характера относятся геотермальные источники, грозовые разряды и молнии, процессы природного горения, водные и почвенные аэрозоля (переносимые массами атмосферного воздуха).

При этом в атмосферу попадают твердые и газообразные вещества, которые относят к непостоянным примесям, переменным составным частям атмосферного воздуха.

К непостоянным примесям природного происхождения относят: водяной пар, озон, оксиды азота, аммиак, диоксид серы, фторид и хлорид водорода, сероводород и взвешенные частицы. На долю примесей природного происхождения приходится около 50% соединений серы, 93% оксида углерода, 98% оксида азота и 87% реактивных углеводородов.

Водяной пар содержится в атмосфере в концентрации 1-3%, причем основная его масса сосредоточена в слое атмосферы от 0 до 6 км. И хотя водяной пар в настоящее время не считают загрязнителем, однако при его поступлении в больших количествах возможно изменение температуры атмосферы.

Озон является одним из наиболее опасных компонентов, который активно вовлекается в окислительные процессы и является сильным фитотоксином. В нижнем атмосферном слое он образуется в фотохимических процессах с участием соединений, а также и при электрических разрядах. Наиболее высокие его концентрации наблюдаются в промышленных районах и высокогорных областях. Основное его количество распределяется в слое атмосферы на высоте 25-40 км.

Аммиак поступает в атмосферу в результате распада органических азотосодержащих веществ и может присутствовать в воздухе вдали от населенных пунктов в концентрации 0,003-0,005 мг/м³.

Взвешенные частицы природного происхождения представляют собой солевые частицы морской воды, почвы, растений, метеорной пыли, спор бактерий и цветочной пыльцы.

Серосодержащие соединения образуются в естественных Условиях в результате деятельности растений, живых организмов, при вулканической и геотермальной деятельности.

Образующиеся в результате жизнедеятельности растений Ненасыщенные углеводороды (в основном изопрены и терпены) крайне реакционноспособны в атмосферных окислительных процессах и быстро превращаются в активные частицы - свободные радикалы.

При извержениях вулканов в выделяющихся серосодержащих соединениях преобладает диоксид серы. В меньшем количестве в атмосферу поступают сероводород, карбонилсульфид, сульфаты в виде аэрозолей и твердых частиц. В мире ежегодно в результате вулканической деятельности выделяется 4 -16 млн т сернистых соединений.

Сероводород поступает в атмосферу в результате просачивания серосодержащего природного газа, жизнедеятельности бактерий, деятельности вулканов и геотермальных источников. В Мировом океане обнаружено только одно соединение, содержащее серу, - диметилсульфид. Распределение его в поверхностном слое вод Мирового океана аналогично распределению хлорофилла. Однако биогенные механизмы его образования пока не выяснены.

Более важную роль по сравнению с источниками серосодержащих соединений играют природные источники оксидов азота. Природными источниками оксидов азота являются грозовые разряды и молнии, а также биогенные выделения (в виде продуктов жизнедеятельности бактерий).

Общее количество оксидов азота из природных источников оценивается в 450 млн т/год.

Летучие органические соединения, в отличие от оксидов серы и азота, поступают в атмосферу главным образом из природных источников (65% от общего количества). Основной природный источник этих веществ - растения, в результате жизнедеятельности которых образуются непредельные соединения (терпеновые углеводороды и производные изопрена). Они активно участвуют в химических реакциях, протекающих в атмосфере, способны взаимодействовать с озоном и гидроксильными радикалами, инициируют химические реакции, в результате которых образуется целый ряд продуктов. Из природных источников выделяется более 90% летучих органических соединений. Количество их возрастает при повышении температуры и интенсивности солнечного освещения (летом их значительно больше, чем зимой).

По количеству выбросов природные источники в ряде случаев сопоставимы с антропогенными. Так, исследователями в США установлено, что из природных источников в атмосферу поступает около 35 млн т летучих органических соединений, тогда как выбросы этих соединений из антропогенных источников составляют 21 млн т [12]. Причем главными их поставщиками являются хвойные породы леса.

И, тем не менее, примеси природного происхождения обычно рассредоточены в пространстве, перемешиваются в воздухе и рассеиваются, как правило, нейтрализуются в процессе естественного самоочищения атмосферы.

Более опасны примеси антропогенного происхождения. Они характеризуются большой сосредоточенностью в пространстве, неоднородностью по составу и неравномерностью распределения. Загрязнения антропогенного происхождения наблюдаются в густонаселенных районах, содержат много веществ, отрицательно влияющих на здоровье человека, предметы материального производства, растительный и животный мир.

Основными источниками загрязнения антропогенного происхождения являются тепловые электростанции (29% всех загрязнений), предприятия черной и цветной металлургии (соответственно 24 и 10,5%), нефтехимической промышленности (15,5%), строительных материалов (8,1%), химической промышленности (1,3%), автотранспорта (13,3%) и другие. Причем в крупных городах доля выбросов загрязняющих веществ автотранспортом достигает 60-80 % и более.

Неотъемлемыми компонентами техногенных выбросов являются диоксид серы, оксид углерода и пыль (табл. 2.3).

Процессы горения играют важную роль в образовании загрязнений атмосферы; основные продукты сгорания топлива - диоксид и окись углерода. В результате окисления примесей, содержащихся в топливе, образуются также оксиды серы и азота. Более 58% выбросов диоксида серы образуется в результате функционирования тепловых электростанций.

Черная металлургия является также источником выбросов оксида углерода, марганца, небольших количеств соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и др.

Таблица 2.3. Выбросы пыли и диоксида серы в атмосферу различными предприятиями, %

Предприятия	Пыль	Диоксид серы
Тепловые электростанции	42,5	58,6
Предприятия черной металлургии	25,6	17,6
Предприятия цветной металлургии	2,8	18,5
Предприятия промышленности строительных материалов	27,4
Предприятия химической и нефтеперерабатывающей промышленности	1,7	5,3

Нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность являются источником таких загрязнений, как углеводороды, кислые примеси, твердые частицы.

Химическая промышленность - источник пыли от неорганических производств, сероуглерода, хлористых соединений и др.

Угольная промышленность выбрасывает в атмосферу диоксид серы, оксид углерода, продукты возгонки смолистых веществ.

В выхлопных газах автомобилей содержатся оксид углерода, оксиды азота, различные углеводороды, альдегиды, соединения свинца и др. Один автомобиль в среднем ежегодно поглощает 4 т кислорода и выбрасывает с выхлопными газами около 800 кг оксида углерода, 40 кг оксидов азота и 200 кг углеводородов.

Загрязнителями воздуха являются также сельскохозяйственные объекты (животноводческие, птицеводческие, энергетические и тепловые). Основной и опасный загрязнитель в процессе сельскохозяйственного производства - пестициды.

Источником выбросов кислых компонентов (оксидов и диоксидов углерода, диоксида серы, оксидов азота, сероводорода) являются продукты сжигания мусора и отходов.

Выброс в атмосферу кислых продуктов обусловлен, прежде всего, процессами горения, которые характерны для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. При сгорании топлива происходит окисление соединений углерода и водорода, основных компонентов топлива, с выделением углекислого газа и водяного пара. При недостатке кислорода происходит неполное окисление.

С + ½ О₂ → СО+111 МДж/моль.

Часть образующегося диоксида углерода может вступать в реакцию с углеродом с образованием оксида

С + СО₂ → 2СО - 172 МДж/моль.

Таким образом, обедненная смесь топливо-воздух приводит к образованию оксида углерода. Продукты неполного сгорания нефти или угля в виде летучих органических соединений являются компонентами дыма и загрязняют атмосферу.

Примеси, содержащиеся в топливе, также способствуют образованию побочных продуктов и сгорают с образованием диоксидов серы и азота.

S+О₂ → SО₂;

N+O₂ → NO₂.

В меньшей степени протекает дальнейшее окисление.

SО₂+O → SО₃;

SО₂ + ½ О₃ → SO₃+85 МДж.

В результате окисления азота, содержащегося в топливе, и атмосферного азота выделяется также оксид азота.

N₂ + O → NO + N - 315 МДж/моль;

N + О₂ → NО + О + 133 МДж/моль.

При высоких температурах в пламени образуются оксиды азота из активных атомов азота и кислорода, а также гидроксильных радикалов. Выбросы в атмосферу оксидов азота из антропогенных источников составляют почти 50 млн т в год.

А. В. Дончевой и С. Г. Покровским (1999) была построена классификация отраслей промышленности по их экологической опасности для природной среды с использованием индекса экологической опасности, рассчитанной по отношению к валовой продукции и к численности промышленно-производственного персонала (табл. 2.4).

Таблица 2.4. Классификация отраслей промышленности по экологической опасности для природной среды[7]

Отрасли промышленности	Индекс экологической опасности, рассчитанный по отношению к валовой продукции
Цветная металлургия, микробиологическая	Иэ>10,1
Химическая, нефтехимическая, черная металлургия, теплоэнергетика	Rэ= 5,1 -10,0
Лесная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная, топливная	Rэ= 1,1 -5,0
Строительных материалов, пищевая, машиностроение и металлообработка, легкая промышленность	Rэ= 0,05-1,0

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: