2-Хим загрязнения (Лекции-1)

2. НЕГАТИВНЫЕ ФАКТОРЫ ТЕХНОСФЕРЫ

2.1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ РЕГИОНОВ ТЕХНОСФЕРЫ ТОКСИЧНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

Регионы техносферы и природные зоны, примыкающие к очагам техносферы, постоянно подвергаются активному загрязнению различными веществами и их соединениями.

Загрязнение атмосферы. Атмосферный воздух всегда содержит некоторое количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. К числу примесей, выделяемых естественными источниками, относят: пыль (растительного, вулканического, космического происхождения, возникающую при эрозии почвы, частицы морской соли); туман; дым и газ от лесных и степных пожаров; газы вулканического происхождения; различные продукты растительного, животного происхождения и др.

Естественные источники загрязнений бывают либо распределенными, например, выпадение космической пыли, либо локальными, например, лесные и степные пожары, извержения вулканов. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.

Основное антропогенное загрязнение атмосферного воздуха создают автотранспорт, теплоэнергетика и ряд отраслей промышленности (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
Российской Федерации, тыс. т [2.2]

Самыми распространенными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, являются: оксид углерода СО, диоксид серы SO₂, оксиды азота NOx, углеводороды СnНm и пыль. Основные источники примесей атмосферы и их ежегодные выбросы приведены в табл. 2.2 и 2.3.

Таблица 2.2. Источники выбросов веществ в атмосферу

Таблица 2.3. Ежегодное количество примесей, поступающих в атмосферу Земли

Кроме приведенных выше веществ и пыли в атмосферу выбрасываются и другие, более токсичные вещества. Так, вентиляционные выбросы заводов электронной промышленности содержат пары плавиковой, серной, хромовой и других минеральных кислот, органические растворители и т. п. В настоящее время насчитывается более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу, их количество увеличивается.

Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных источников в РФ в 1996 г. приведены ниже [2.2]:

Каждой отрасли промышленности присущ характерный состав и масса веществ, поступающих в атмосферу. Это определяется прежде всего составом веществ, применяемых в технологических процессах, и экологическим совершенством последних. В настоящее время экологические показатели теплоэнергетики, металлургии, нефтехимического производства и ряда других производств изучены достаточно подробно. Необходимые сведения можно найти в работах [2.4, 2.5]. Меньше исследованы показатели машиностроения и приборостроения, их отличительными особенностями являются: широкая сеть производств, приближенность к жилым зонам, значительная гамма выбрасываемых веществ, среди которых могут содержаться вещества 1 и 2-го класса опасности, такие как пары ртути, соединения свинца и т. п.

Выбросы токсичных веществ приводят, как правило, к превышению текущих концентраций веществ над предельно допустимыми. Контроль состояния атмосферы в городах страны показал, что уровень загрязнения в 1996 г. остался весьма высоким. Максимальные концентрации загрязняющих веществ превышали 10 ПДКср в 70 городах. В табл. 2.4 приведены данные по некоторым городам страны с большим уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

Таблица 2.4. Города с большим уровнем загрязнения атмосферы в 1990 г.
(извлечение из табл. 2.3 [2.3])

Большая часть примесей атмосферного воздуха в городах проникает в жилые помещения. В летнее время (при открытых окнах) состав воздуха в жилом помещении соответствует составу воздуха вне помещения на 90 %, зимой –на 50 %.

Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воздухе стимулируют их взаимодействие с образованием более токсичных соединений (смога, кислот) или приводят к таким явлениям, как «парниковый эффект» и разрушение озонового слоя.

Рис. 2.1. Относительные концентрации N02
и Оз в атмосферном воздухе (г. Лос-Анджелес, 19.07.65г.)

Общая схема реакций образования фотохимического смога сложна и в упрощенном виде может быть представлена реакциями

Смог весьма токсичен, так как его составляющие обычно находятся в пределах: O₃ –60...75 %, ПАН, Н₂О₂, альдегиды и др.–25...40 %.

Для образования смога в атмосфере в солнечную погоду необходимо наличие оксидов азота, углеводородов (их выбрасывают в атмосферу автотранспорт, промышленные предприятия). Характерное распределение фотохимического смога по времени суток показано на рис. 2.1, а его воздействие на человека и растительность в табл. 2.5.

Таблица 2.5. Воздействие фотохимических оксидантов на человека и растительность

Примечание.В России принято выражать концентрации газообразных примесей в мг/м³, а за рубежом – в частях на миллион (млн^-1, ррт) Для перевода концетраций с, выраженных в мг/м³, в млн^-1, необходимо использовать соотношение с (мг/м³) = с (млн ^-1) M/24,5, где М – молярная масса примесей, г/моль; 24,5 –объем (л) 1 моль идеального газа при температуре 25 °С и давлении 10⁵ Па. Для О₃ при t = 25 ⁰С 1 млн^-1 = 1,962 мг/м³.

Фотохимические смоги, впервые обнаруженные в 40-х годах в г. Лос-Анджелес, теперь периодически наблюдаются во многих городах мира.

Кислотные дожди известны более 100 лет, однако проблема этих дождей возникла около 20 лет назад.

Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот. Наиболее важные из них: SO₂, NO_х, H₂S. Кислотные дожди возникают вследствие неравномерного распределения этих газов в атмосфере. Например, концентрация SO₂ (мкг/м³) обычно таковы: в городе 50...1000, на территории около города в радиусе около 50 км 10...50, в радиусе около 150 км 0,1...2, над океаном 0,1.

Основными реакциями в атмосфере являются: I вариант: SO₂ + ОН →НSOз; НSОз + ОН → H₂SO₄ (молекулы в атмосфере быстро конденсируются в капли); II вариант: SO₂+ hv → SO₂* (SO₂*– активированная молекула диоксида серы); SO₂ + O₂ → SO₄; SO₄ + О₂ → SOз + Оз; SOз + Н₂O -→H₂SO₄. Реакции обеих вариантов в атмосфере идут одновременно. Для сероводорода характерна реакция H₂S + O₂ → SO₂ + Н₂O и далее I или II вариант реакции.

Источниками поступления соединений серы в атмосферу являются: естественные (вулканическая деятельность, действия микроорганизмов и др.) 31...41 %, антропогенные (ТЭС, промышленность и др.) 59...69 %; всего поступает 91...112 млн. т в год.