Главы-1-4 исходник (559887), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Н Российской Фепепапии. тыс. т Г91
| Теплоэлектростанции 4748 3936 3655,8 Металлургические предприятия 6133 5642 5673,3 Нефтяная и газовая промышленность 2699 2533 3264,3 Химическая и нефтехимическая промышленность 454 415 437,4 | |
| Источники выбросов 1996 г 1999 г 2001 г Производства, выпускающие строительные материалы 528 417 455,0 Предприятия, перерабатывающие древесину 434 367 371,7 Автотранспорт 10 955 12 154 14 981 | |
Самыми распространенными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, являются, оксид углерода СО, диоксид серы SO2, оксиды азота NO^, углеводороды С„Нт и пыль Основные источники примесей атмосферы и их ежегодные выбросы приведены в табл. 2.3 и 2.4.
Таблица 23 Источники выбросов веществ в атмосферу
| Примеси Основные источники Среднегодовая кон-естественные антропогенные центрация в воздухе, мг/м Пыль Вулканические Сжигание топлива В городах 0,04 0,4 извержения, пыле- в промышленных и вые бури, лесные по- бытовых установках жары и др Диоксид серы Вулканические Сжигание топлива В городах до 1,0 извержения, окисле- в промышленных и ние серы и сульфа- бытовых установках тов, рассеянных в море Оксиды азота Лесные пожары Промышленность, В районах с разви-автотранспорт, теп- той промышленно-лоэлектростанции стью до 0,2 Оксид углеро- Лесные пожары, Автотранспорт, В городах 1 50 да выделения океанов промышленные энергоустановки, предприятия черной металлургии Летучие угле- Лесные пожары, Автотранспорт, В районах с разви-водороды природный метан испарение нефте- той промышленно-продуктов стью до 0,3 Полицикличе- — Автотранспорт, В районах с разви-ские ароматиче- химические и нефте- той промышленно-ские углеводоро- перерабатывающие стью до 0,01 ды заводы |
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.
Таблица 2 4 Ежегодное количество примесей, поступающих в атмосферу Земли
| Вещество Выбросы млн т Доля антропогенных примесей в общих естественные антропогенные п0СтупленияХ; % Пыль 3700 1000 27 Оксид углерода 5000 304 5,7 Углеводороды 2600 88 3,3 Оксиды азота 770 53 6,5 Оксиды серы 650 100 13,3 Диоксид углерода 485 000 18 300 3,6 |
Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от промышленных источников в РФ в 1999 г. в млн т следующие: пыль —2,3, диоксид серы—5,2, оксид углерода—3,7, оксиды азота—1,5, углеводороды-1,2.
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 [3, 10]. 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-го и 2-го класса опасности, такие как пары ртути, соединения свинца и т. п.
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.
Общая схема реакций образования фотохимического смога сложна и в упрощенном виде может быть представлена реакциями
N02 + Av -> NO + О
О + O2 -> O3
С
„НИ + О J
Cn¥Lm + O3 J ПАН (пероксиацилнитраты)
Смог весьма токсичен, так как его составляющие обычно находятся в пределах: О3 —60...75 %, ПАН, Н2О2, альдегиды и др.— 25...40 %.
Для образования смога в атмосфере в солнечную погоду необходимо наличие оксидов азота и углеводородов (их выбрасывают в атмосферу автотранспорт, промышленные предприятия). Характерное распределение фотохимического смога по времени суток показано на рис. 2.3.
Фотохимические смоги, впервые обнаруженные в 40-х годах XX в. в г. Лос-Анджелес, теперь периодически наблюдаются во
Кислотные дожди известны более 100 лет, однако проблема этих дождей возникла около 25 лет назад.
Источниками кислотных дождей служат газы, содержащие серу и азот. Наиболее важные из них: SO2, NO*, H2S. Кислотные дожди возникают вследствие неравномерного распределения этих газов в атмосфере. Например, концентрация SO2 (мкг/м3) обычно такова: 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 + OH-> HSO3; HSO3 + ОН -> H2SO4 (молекулы в атмосфере быстро конденсируются в капли); II вариант: SO2 + /zv -» SO*2(SO*2— активированная молекула диоксида серы); SO2 + О2 -> SO4; SO4 + + О2 -> SO3 + O3; SO3 + H2O -> H2SO4. Реакции обоих вариантов в атмосфере идут одновременно. Для сероводорода характерна реакция H2S + О2 -» SO2 + Н2О и далее I или II вариант реакции.
| с фон г 2 ■ // ^Т^ s. '*" ~ ~~ Время I I I i II гутпс « 6 8 10 12 14 16 18 |
5ис. 2.3. Относительные концентрации NO2 и О3 в атмо-:ферном воздухе (г Лос-Анджелес, 19.07 65 г.)
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.
Концентрации соединений азота (мкг/м3) составляют: в городе 10... 100, на территории около города в радиусе 50 км 0,25...2,5, над океаном 0,25.
Из соединений азота основную долю кислотных дождей дают NO и NO2. В атмосфере возникают реакции: 2NO + О2 -> 2NO2, NO2 + ОН —> HNO3. Источниками соединений азота являются: естественные (почвенная эмиссия, грозовые разряды, горение биомассы и др.) 63 %, антропогенные (ТЭС, автотранспорт, промышленность) 37 %; всего поступает 51...61 млн т в год.
Серная и азотная кислоты поступают в атмосферу также в виде тумана и паров от промышленных предприятий и автотранспорта. В городах их концентрация достигает 2 мкг/м3.
Соединения серы и азота, попавшие в атмосферу, вступают в химическую реакцию не сразу, сохраняя свои свойства соответственно в течение 2 и 8... 10 сут. За это время они могут вместе с атмосферным воздухом пройти расстояния 1000...2000 км и лишь после этого выпадают с осадками на земную поверхность.
Различают два вида седментации: влажную и сухую. Влажная — это выпадение кислот, растворенных в капельной влаге, она возникает при влажности воздуха 100,5 %; сухая реализуется в тех случаях, когда кислоты присутствуют в атмосфере в виде капель диаметром около 0,1 мкм. Скорость седиментации в этом случае весьма мала и капли могут проходить большие расстояния (следы серной кислоты обнаружены даже на Северном полюсе).
В нашей стране повышенная кислотность осадков (рН = 4...5,5) отмечается в отдельных промышленных регионах. Наиболее неблагополучны города Тюмень, Тамбов, Архангельск, Северодвинск, Вологда, Петрозаводск, Омск и др. Плотность выпадения осадков серы, превышающая 4 т/(км2 • год), зарегистрирована в 22 городах страны, а более 8...12 т/(км2 • год) в городах Алексин, Новомосковск, Норильск, Магнитогорск.
Парниковый эффект. Состояние и состав атмосферы определяют во многом величину солнечной радиации в тепловом балансе Земли. На ее долю приходится основная часть поступающей в биосферу теплоты, дж/год: теплота от солнечной радиации составляет 25 ■ 1023(99,8 %), теплота от естественных источников (из недр Земли,
от животных и др.) —37,46 • 1020(0,18 %), теплота от антропогенных источников (энергоустановок, пожаров и др.) — 4,2 • 1020(0,02 %).
Экранирующая роль атмосферы в процессах передачи теплоты от Солнца к Земле и от Земли в космос влияет на среднюю температуру биосферы, которая длительное время находилась на уровне около + 15°С. Расчеты показывают, что при отсутствии атмосферы средняя температура поверхности Земли составляла бы приблизительно - 15°С.
Основная доля солнечной радиации передается к поверхности Земли в оптическом диапазоне, а излучаемая поверхностью Земли энергия — в инфракрасном (ИК). Поэтому доля отраженной лучистой энергии, поглощаемой атмосферой, зависит от количества многоатомных минигазов (СО2, Н2О, СН4, О3 и др.) и пыли в ее составе. Чем выше концентрация минигазов и пыли в атмосфере, тем меньше доля отраженной солнечной радиации уходит в космическое пространство, тем больше теплоты задерживается в биосфере за счет парникового эффекта. ИК-излучение поглощается метаном, фреона-ми, озоном, оксидом азота и т. п. в диапазоне длины волн 1...9мкм,а парами воды и углекислым газом при длине волн 12 мкм и более. В последние годы наметилась тенденция к значительному росту концентраций СО2, СН4, N2O и других газов в атмосфере. Так, рост концентраций СО2 в атмосфере выглядит следующим образом:
Год 1850 1900 1970 1979 1990 2000 2030 2050
Концентрация СО2, млн"1 260 290 321 335 360 380 450 600 700 .750
Аналогично изменяются концентрации метана, оксида азота, озона и других газов. Рост концентраций СО2 в атмосфере происходит вследствие уменьшения растительности на Земле и увеличения техногенных поступлений.
Источниками техногенных парниковых газов являются: теплоэнергетика, промышленность и автотранспорт, они выделяют СО2; химические производства, утечки из трубопроводов, гниение мусора и отходов животноводства определяют поступление СН4; холодильное оборудование, бытовая химия — фреонов; автотранспорт, ТЭС, промышленность — оксидов азота и т. п.
В результате в биосферу дополнительно поступает теплота порядка 70 • 1020 Дж/год, при этом на долю отдельных газов приходится, %: СО2 —50, фреонов —15, О3 —5, СН4 —20, N2O2 —10. Доля парникового эффекта в нагреве биосферы в 16,6 раза больше доли других источников антропогенного поступления теплоты.
Рост концентраций минигазов в атмосфере и, как следствие, повышение доли теплоты ИК-излучения, задерживаемой атмосферой, неизбежно сопровождается ростом температуры поверхности Земли. В период с 1880 по 1940 г. средняя температура в северном полушарии возросла на 0,4°С, а в период до 2030 г. она может повыситься еще на 1,5..4,5°С. Это весьма опасно для островных стран и территорий, расположенных ниже уровня моря. По прогнозам ученых, к 2050 г. уровень моря может повыситься на 25. ..40 см, а к 2100 г.— на 2 м, что приведет к затоплению 5 млн км2 суши, т. е. 3 % суши и 30 % всех урожайных земель планеты.
Парниковый эффект в атмосфере — довольно распространенное явление и на региональном уровне. Техногенные источники теплоты (ТЭС, транспорт, промышленность), сконцентрированные в крупных городах и промышленных центрах, интенсивное поступление парниковых газов и пыли, устойчивое состояние атмосферы создают около городов пространства радиусом 50 км и более с повышенными на 1...5°С температурами и высокими концентрациями загрязнений. Эти зоны (купола) над городами хорошо просматриваются из космического пространства. Они разрушаются лишь при интенсивных движениях больших масс атмосферного воздуха.
Техногенные загрязнения атмосферы не ограничиваются приземной зоной. Определенная часть примесей поступает в озоновый слой и разрушает его. Разрушение озонового слоя опасно для биосферы, так как оно сопровождается значительным повышением доли ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 290 нм, достигающего земной поверхности. Эти излучения губительны для растительности, особенно для зерновых культур, представляют собой источник канцерогенной опасности для человека, стимулируют рост глазных заболеваний.
Основными веществами, разрушающими озоновый слой, являются соединения хлора, азота. По оценочным данным, один атом хлора может разрушить до 105 молекул озона, одна молекула оксидов азота — до 10 молекул.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
