Охрана атмосферы - (реферат)

Среди ингредиентов загрязнений — тысячи химических веществ, особенно металлы и оксиды, токсины, аэрозоли. Загрязнителем может быть любой физический агент, химическое вещество и биологический вид (микроорганизмы), попадающие в окружающую среду или возникающие в ней в количествах, выходящих за рамки своей обычной концентрации— предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время. Различают антропогенные загрязнители, разрушаемые биологическими процессами и неразрушаемые ими (стойкие). Первые входят в естественные круговороты веществ и поэтому быстро исчезают или подвергаются разрушению биологическими агентами. Вторые не входят в естественные круговороты и накапливаются в пищевых цепях и в биотопах. Загрязнение означает не просто внесение в атмосферу, почву и воду тех или иных чуждых им компонентов. В любом случае воздействию подвергается биогеоценоз в целом. Кроме того, избыток или недостаток одних веществ в природной среде или просто присутствие в ней других веществ означает изменение режимов экологических факторов или их составов, отклоняющихся от требований экологической ниши того или иного организма (или звена в пищевой цепи). При этом нарушаются процессы обмена веществ, снижается интенсивность ассимиляции продуцентов, а значит, и продуктивность биоценоза в целом.

Итак, загрязнение окружающей среды есть внесение в экологическую систему (биогеоценоз) не свойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего экосистема разрушается или снижает свою продуктивность.

Отрицательное влияние изменения качества внешней среды на метаболизм живых организмов получило название “экологической ловушки”. Наиболее яркими примерами являются воздействие на физиологические процессы в организме человека метилртути (болезнь “Минамата”), а также влияние некоторых пестицидов.

В свое время создание высокоэффективного ядохимиката для борьбы с вредителями растений — дихлордифенилтрихлорэтана (ДДТ) — было отмечено Нобелевской премией, поскольку его применение сулило реальную возможность сохранять урожайность агроценозов и лесные насаждения. Мировое производство ДДТ в течение почти 30 лет достигало ежегодно 100 тыс. т. Препараты ДДТ создавали помехи в экосистемах для экономически вредных консументов и защищали урожаи. Но и сам препарат, и некоторые его примеси помимо токсичности для теплокровных животных, способны прогрессивно накапливаться в звеньях пищевых цепей. При содержании в воде препарата ДДТ в дозировке 0, 0014 частей на миллион его содержание в планктоне составляет уже 5, 0 частей на миллион, а в мышцах рыб—221 часть, т. е. при прохождении его по трофической цепи происходит концентрирование более чем в 10 тыс. раз! Когда этот факт был установлен, практически все страны мира (за исключением Китая и некоторых других развивающихся стран) подписали Конвенцию о запрещении производства и применения ДДТ. Последствия загрязнения далеко не всегда ощущаются сразу. Скачкообразным проявлениям загрязнения нередко предшествуют скрытые. Важна своевременная косвенная индикация загрязнения в начальные моменты его воздействия.

Загрязнение —это не только выброс в природную среду вредных веществ. При отводе воды от систем охлаждения в естественные водоемы происходит изменение естественного режима температуры, т. е. тепловое загрязнение. В качестве загрязнения можно рассматривать и отклонение от оптимальных параметров уровней шума, освещенности, радиоактивности.

В качестве системы помех следует рассматривать разрушение биогеоценозов при открытой добыче полезных ископаемых, регулировании водотоков, осушении, эрозии почв. Источником помех являются шахтные отвалы и терриконы, в которых идут сложные физико-химические процессы с выделением вредных веществ в атмосферу, воду и почву. Среди загрязнений выделяют механическое, химическое, физическое, биологическое, микробиологическое. Механическое заключается в засорении среды агентами, оказывающими лишь механическое воздействие без физико-химических последствий; химическое — в изменении естественных химических свойств среды, в результате которого повышается среднемноголетнее колебание количества каких-либо веществ для рассматриваемого периода времени, или проникновение в среду веществ, нормально отсутствующих в ней или в концентрациях, превышающих норму. Загрязнение физическое подразделяют на:

тепловое (термальное), возникающее в результате повышения температуры среды главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов и воды; световое —нарушение естественной освещенности местности в результате воздействия искусственных источников света, приводящее к аномалиям в жизни животных и растений, или снижения уровня естественной освещенности из-зазадымленности нижних слоев атмосферы;

шумовое, образующееся в результате увеличения интенсивности и повторяемости шумов сверх природного уровня;

электромагнитное, появляющееся в результате изменения электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных установок и т. п. ), приводящее к глобальным и локальным геофизическим аномалиям и изменениям в биологических структурах; радиоактивное, связанное с превышением естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ.

Биологическое и микробиологическое загрязнение возникает случайно или в результате хозяйственной деятельности человека. Все эти различные по происхождению и характеру воздействия факторы имеют один объединяющий их признак: они являются помехами в экологических системах и популяциях и ведут к одному и тому же результату— снижению продуктивности популяции, затем экосистемы в целом, а далее — к их распаду. Рассматривая процесс загрязнения в широком смысле, с позиций теории помех, его можно классифицировать следующим образом:

ингредиентное загрязнение как совокупность веществ, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам;

параметрическое загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды; биоценотическое загрязнение, заключающееся в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов;

стациально-деструкционное загрязнение, представляющее собой изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования. Последствия загрязнения среды кратко можно обозначить следующим образом: Загрязнение среды есть процесс нежелательных потерь вещества, энергии, труда и средств, приложенных человеком к добыче и заготовке сырья и материалов, превращающихся в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере. Загрязнение имеет следствием необратимое разрушение как отдельных экологических систем, так и биосферы в целом, включая воздействие на физико-химические параметры среды.

Вследствие загрязнения теряются плодородные земли, снижается продуктивность экологических систем и биосферы в целом. Загрязнение прямо или косвенно ведет к ухудшению физического и морального состояния человека как главной производительной силы общества.

Защита окружающей среды от загрязнения — одна из ключевых задач в общей проблеме оптимизации природопользования, сохранения качества среды для настоящего и будущих поколений людей.

Воздействие человека на биосферу на всех этапах его взаимодействия с природой служило источником помех. Первоначально оно сводилось к воздействию человека как биологического вида; затем наступил период сверхинтенсивной охоты без изменения экосистем, сменившийся изменением экосистем через естественно идущие процессы — пастьбу, усиление роста трав путем их выжигания и т. п. На следующем этапе изменение экосистем интенсифицировалось путем распашки и широкой вырубки лесов. Наконец, современный период характеризуется глобальным изменением всех экологических компонентов биосферы в целом. Воздействие человека на биосферу сводится к четырем основным формам:

изменение структуры земной поверхности (распашка степей, вырубка лесов, мелиорация, создание искусственных озер и морей и другие изменения режима поверхностных вод и т. д. );

изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ (изъятие ископаемых, создание отвалов, выброс различных веществ в атмосферу и водные объекты, изменениевлагооборота);

изменение энергетического, в частности, теплового баланса отдельных районов земного шара и всей планеты; изменения, вносимые в биоту в результате истребления некоторых видов, создание новых пород животных и сортов растений, перемещение их на новые места обитания.

В настоящее время человек эксплуатирует более 55% суши, использует около 13% речных вод, сводит леса в среднем до 18 млн. га в год. В результате застройки, горных работ, опустынивания и засоления теряется от 50 до 70 тыс. км2земель в год, при этом 15% всей мировой суши уже деградировало из-за вмешательства человека. При строительных и горных работах перемещается более 4 тыс. км3породы в год, извлекается из недр Земли ежегодно 100 млрд. т руды, сжигается 7 млрд. т условного топлива, выплавляется более 800 млн. т различных металлов, рассеивается на полях свыше 500 млн. т минеральных удобрений и более 4 млн. т ядохимикатов, треть которых смывается поверхностными стоками в водоемы или задерживается в атмосфере. В настоящее время в практике используется до 500 тыс. химических соединений, из них около 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. токсичны.

Несовершенство современной технологии не позволяет полностью перерабатывать минеральное сырье. Большая его часть возвращается в природу в виде отходов. Готовая продукция составляет всего лишь 1 - 2% от используемого сырья, а все остальное идет в отходы, что свидетельствует о неразумном подходе к природным ресурсам. Ежегодно в биосферу поступает более 30 млрд. т отходов: бытовых и промышленных, жидких, твердых и газообразных, загрязняющих атмосферу, гидросферу и литосферу.

    4. Кислотные дожди.

Сера — это важный биофильный элемент. В животных тканях она находится в составе белков и аминокислот, а в растительных — в составе эфирных масел. Основным природным источником серы служат вулканы, с выбросами которых в атмосферу поступают диоксид серы, сероводород и элементная сера общим количеством 4 - 16 млн. т (в пересчете на диоксид серы). Кроме того, сероводород является продуктом жизнедеятельности бактерий - хемосинтетиков, обитающих на суше и в океане. В виде сульфат-иона сера содержится в природных водах, средняя его концентрация составляет 2, 65 мг SO4/1 г Н20. В составе многих минералов (уголь, нефть, железные, медные и другие руды) неорганическая сера встречается в земной коре.

В атмосфере соединения серы претерпевают целый ряд превращений (см рисунок ниже). Сероводород последовательно, в ряд ступеней, окисляется до диоксида серы, который, в свою очередь, тоже окисляется до серного ангидрида в результате фотохимического и радикального механизмов его взаимодействия с компонентами атмосферы, причем эти процессы существенно ускоряются в присутствии оксидов азота или углеводородов, а также оксидов железа, алюминия, хрома и других металлов. Атмосферная влага тоже способствует окислению диоксида в триоксид: в дождливую или туманную погоду время существования атмосферного диоксида серы не превышает 50 - 60 мин.

Триоксид серы легко взаимодействует с частицами атмосферной влаги и образует растворы серной кислоты. Реагируя с аммиаком или ионами металлов, присутствующими в атмосферной влаге, серная кислота частично переходит в соответствующие сульфаты. В основном это сульфаты аммония, натрия, кальция. Образование сульфатов происходит и в процессе окисления на поверхности твердых частиц, взвешенных в воздухе. Образовавшиеся сульфаты сохраняются в атмосфере не более 5 дней.

Значительная часть соединений серы оседает на землю с атмосферными осадками. Таким образом, из атмосферы сера снова попадает в гидросферу и в почву. Дождевая вода всегда имеет более кислую реакцию, чем поверхностные воды, еерН составляет 5, 6. В естественном цикле подобным путем обеспечивается необходимоеподкисление почвы и почвенных растворов, позволяющее трансформировать минеральные питательные вещества в доступную для растений растворимую форму. Однако уже к 1976 г. 65% всех поступлений серы в атмосферу имелоантропогенное происхождение, из них 95% приходилось на диоксид серы. Таким образом, поступление серы из природных источников было превышено более чем в два раза. Сернистый ангидрид в промышленности образуются при сжигании угля и нефти и при обжиге сульфидных руд меди, никеля, свинца, цинка. Соединения серы содержатся и в выбросах автотранспорта.

В первые моменты после выброса диоксида серы в атмосфере практически отсутствуют частицы серной кислоты и сульфатов. Со временем доляSO2в воздухе уменьшается, одновременно растет доля серы в виде серной кислоты и сульфатов. Количество сернойкислоты в атмосфере достигает максимума спустя 10 часов после выброса, а сульфатов— через 30 - 40 часов.

В северном полушарии выбросы SO2 оцениваются в 136 млн. т в год, в южном — 10 млн. т в год. Повышение содержания диоксида и триоксида серы в атмосфере привело к появлению кислотных дождей (рН около 4). Кислотный дождь— одна из наиболее тяжелых форм загрязнения окружающей среды. Максимальный отрицательный эффект кислотные дожди и газовые выбросы наносят атмосфере, а через нее—флоре и фауне. Этим же путем загрязняются водоемы. Под воздействием кислотных дождейзакисляются почвы, что приводит к нарушению ионообменных процессов и буферных свойств почвы. Помимо этого взакисленной почве облегчается переход металлов из почвы в растворенную форму, доступную для растений, таким образом растения могут с почвенными растворами получать токсичные для них и большинства живых организмов металлы—цинк, железо, марганец, алюминий. Этим же путем интенсифицируется процесс выделения в почве сероводорода, токсичного для растений и микроорганизмов.

    5. Оценка загрязнения воздушного бассейна.

Для оценки загрязнения воздушного бассейна необходимо рассчитать фактор опасности загрязнения, который рассчитывается по формуле:

    ,
    где
    j — фактор опасности загрязнения,

Ci — физическая концентрация загрязняющего вещества (мл г/м3), ПДК —предельно допустимая концентрация вещества; верхний предел лимитирующий факторы среды, при которых их содержание не выходит за допустимые пределы экологической ниши человека, т. е. концентрация, которую может человек переносить без ущерба для здоровья. Значения ПДК утверждаются законодательно.

Если j больше 1, то существует опасность загрязнения воздушного бассейна. Если j меньше либо равно 1, то фактическая концентрация загрязняющих веществ не превышает установленных нормативов.

Для специально охраняемых территорий j не должно превышать 0. 8. Т. к. на организм действует не одно, а несколько веществ, то говорят об эффекте суммации:

При оценки опасности загрязнения следует учитывать фоновую концентрацию — это загрязняющие вещества от других источников: ,

    где
    Сфi — фоновая концентрация.

Одним из факторов, который влияет на загрязнение воздушного бассейна, является перенос и рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере.

На рассеивание влияют скорость и направление ветра, температурная стратификация атмосферы, температура воздуха в момент выброса, осадки и др. факторы. Наиболее важная характеристика атмосферы — устойчивость. Устойчивость —это способность препятствовать вертикальным движениям и сдерживать турбулентность. В этом случае загрязняющие вещества, выброшенные вблизи поверхности, будут задерживаться в местах выброса.

Устойчивость зависит от изменений температуры воздуха с высотой — температурной стратификацией. Выделяют три типа состояния атмосферы:

Безразличная — изменение температуры на 10 на каждые 100 м. Неустойчивая — падает более чем на 10 на каждые 100 м.

Устойчивая — менее чем на 10на каждые 100 м. Это состояние наименее благоприятное для интенсивного рассеивания.

При оценки рассеивания загрязняющих веществ температурная стратификация учитывается с помощью коэффициента А, который изменяется от 140 до 250 для различных районов.

На распространение оказывает влияние температура атмосферы в момент выброса, tГВС. По этому признаку все выбросы делят на “холодные” и “горячие”. “Холодные” —если разница между температурой выброса и температурой атмосферы приблизительно равна нулю, .

“Горячие” — если разница между температурой выброса и температурой атмосферы больше нуля, . На распространение загрязняющих веществ влияет скорость ветра. “Опасная” скорость ветра определяется конкретным источником, чем меньше скорость ветра, тем она опасней.

Каждый источник выброса характеризуется определенными параметрами: Объем газовоздушной смеси — V [m3/c]:

    ,
    где
    D — диаметр источника [m].
    Скорость выхода смеси — W [m/c].
    Температура смеси — t [0C].
    Интенсивность выброса смеси — M [г/с].
    Высота источника — H [m].
    Диаметр устья источника — D [m].

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5