Проблема загрязнения атмосферы

  Современная цивилизация осуществляет невиданное давление на природу. Загрязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное действие на людей, животных, растения, почву, здания и сооружения, снижает прозрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней с  туманами, уменьшает видимость, вызывает коррозию металлических изделий.
   Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение свойств среды (химических, механических, физических, биологических и связанных с ними информационных), происходящие в результате естественных или искусственных процессов и приводящие к ухудшению функций среды по отношению к любому биологическому или технологическому объекту. Используя различные элементы окружающей среды в своей деятельности, человек изменяет её качество. Часто эти изменения выражаются в неблагоприятной форме загрязнения. По масштабам антропогенные изменения становятся сопоставимыми с природными, а в ряде случаев даже превышают их, о чем можно судить из таблицы 1.    
Табл. 1.
Поступление в атмосферу ( тонн / год) некоторых компонентов, естественного и промышленного происхождения:

Компонент	Естественное	Промышленное	
Озон	2*109	Незначительные	
Двуокись углерода	7*1010	1,5*1010	
Окись углерода	---	2*108	
Сернистый газ	1,42*108	7,3*107	
Соединения азота	1,4*109	1,5*107	
Взвешенные в-ва	(770…2200)*106	(960…2615)*106	
   
  Естественные процессы загрязнения имеют в природе антиподы, способные нейтрализовать действие природного загрязнителя, а многие вещества, созданные человеком, являются инородными по отношению к природе. Естественные источники загрязнения обычно удалены от среды обитания человека, а антропогенные расположены в районах концентрации населения.         

Основные пути решения
    Увеличение масштабов загрязнения атмосферы требуют быстрых и эффективных способов защиты её от загрязнения, а также способов предупреждения вредного воздействия загрязнителей воздуха. Атмосфера может содержать определённое количество загрязнителя без проявления вредного воздействия, т.к. происходит естественный процесс её очистки.
Первым шагом в установлении вредного воздействия, связанного с загрязнением воздуха, является разработка критерия качества воздуха, а также стандартов качества.
   Стандарты качества определяют уровни качества воздуха и предельно допустимые выбросы (ПДВ), которые необходимо выдерживать для обеспечения безопасности жизни.
   Контролирующие органы обязаны осуществлять количественный и качественный контроль.
   Другим подходом к улучшению состояния атмосферы является требование применения передовых технологических процессов, замена вредных материалов безвредными, применение мокрых способов обработки сырья вместо сухих.
   Как правило, на промышленных предприятиях используются процессы или устройства для газоочистки и пылеулавливания, чтобы уменьшить или предотвратить величину выброса. Процессы газоочистки могут также разрушить или менять его химические или физические свойства так, что он становится менее опасным
   В некоторых случаях используют метод рассеивания в атмосфере. Дымовые трубы должны быть достаточно высокими (300-350 метров), для обеспечения хорошего разбавления примесей путём обтекания воздуха вокруг зданий в зоне аэродинамических теней. Кроме того, необходимо учитывать температуру выбросов и месторасположение труб. Предприятия строят с подветренной стороны по отношению к жилым районам. На ряде предприятий факельные газы используют для отопления зданий, а их избыток направляется на теплоцентраль.             

Масштабы
   По масштабам загрязнение окружающей среды можно разделить на локальное, региональное и глобальное. Эти три вида загрязнения тесно связаны между собой. Как правило,первичным является локальное загрязнение, которое, если  скорость процесса загрязнения больше скорости естественного очищения, переходит в региональное и затем при накоплении количественных изменений - в глобальное изменение качества окружающей среды. Для глобального загрязнения наиболее важным является временный фактор.
   Существование таких процессов свидетельствует об ограниченности ресурсов атмосферы и о пределах её естественного самовосстановления. Например, использование воздуха в производственных процессах издавна предполагало естественные способности атмосферы к восстановлению первоначальных качеств. В частности, дымовые выбросы в атмосферу, содержащие микрочастицы и токсичные вещества, представляют собой не что иное, как метод разбавления. И даже в наши дни при строительстве высотных и сверхвысотных труб продолжают пользоваться этим древним методом. Однако резкое возрастание объемов выбросов привело к тому, что масштабы загрязнение вплотную приблизились и даже часто перешагивают пределы самовосстановления атмосферы.
   При современных уровнях загрязнения вредные вещества от источника загрязнения распространяются на десятки и сотни километров. И даже само понятие источник загрязнения несколько меняет смысл. Если в каком-либо промышленном районе можно выделить точечные источники загрязнения, то в масштабе региона целый промышленный район, например крупный город, может рассматриваться как единый источник с системой точечных, линейных (автомагистрали) и групповых источников. Более того, даже весь регион и даже целая страна может выступать в роли единого источника загрязнения.
   Современное индустриальное производство оказывает значительное воздействие на природу в глобальных масштабах. Хотя большая часть загрязняющих веществ и тепловой энергии вырабатывается на ограниченной площади, главным образом в промышленных районах Северной Америки, Европы и Азии, вследствие особенностей циркуляции атмосферы и перемещений в водной оболочке Земли значительная часть некоторых, относительно долго живущих загрязняющих веществ рассеивается на огромных пространствах и даже по всей Земле, приводя к региональному и глобальному загрязнению. 
   К настоящему времени определились некоторые важные проблемы в области антропогенного глобального загрязнения окружающей природной среды, к числу которых относятся: 
1.	Возможные изменения климата в связи с поступлением в атмосферу техногенного тепла, углекислого газа и аэрозольных примесей.
2.	Возможное нарушение озонового слоя Земли, связанное с поступлением в атмосферу фреонов, окислов азота и некоторых других примесей.
3.	Экологические последствия глобального загрязнения природной среды и биосферы радиоактивными веществами, тяжелыми металлами и пестицидами.
4.	Общая проблема морской среды атмосферными осадками, речным стоком, наземным и морским транспортом.
5.	Дальний атмосферный перенос загрязняющих веществ и проблема кислотных осадков.
   Таким образом, масштабы антропогенного воздействия на окружающую среду и уровень вытекающей из этого опасности заставляют искать новые подходы к развитию технологических процессов, которые, являясь не менее эффективными в экономическом смысле, во много раз превосходили бы существующие по степени экологической чистоты. Фактически противоречие между экономикой и экологией означает противоречие между необходимостью гармоничного развития системы  природа-человек-производство и недостаточной объективной возможностью, а порой и просто субъективным нежеланием такой гармонии на современном этапе развития производственных сил и производственных отношений.

Литература

1.	О.Ф.Балацкий, Л.Г.Мельник, А.Ф.Яковлев  “Экономика и качество окружающей природной среды” Гидрометеоиздат,1984г
2.	Я.М.Грушко “Вредные органические соединения в промышленных выбросах в атмосферу”, “химия” Ленинград 1991г
3.	“Защита атмосферы от промышленных загрязнений” справочник под ред. С.Калверта и Г.Инглунда “Металлургия”,Москва 1991
4.	П.И. Меркулов, А.А. Ямашкин, В.Н. Масляев “Антропогенное воздействие на географическую оболочку” Издательство Мордовского университета 1994г

Причины и факторы

   Вещества, загрязняющие атмосферу, причиняли значительный вред окружающей среде в течении многих десятилетий. По-видимому, с их вредным воздействием придётся считаться и в будущем. Дальнейший рост населения и промышленного производства неизбежно приводит к увеличению опасности загрязнения.
   Основными загрязняющими веществами, содержание которых в атмосфере регламентируется стандартами, являются: диоксид серы(SO2), оксиды азота(NO и NO2), оксид углерода(CO), газообразные углеводороды(HC), а также сероводород(H2S), сероуглерод(CS2),аммиак(NH3),различные галогеносодержащие газы. 
     Существуют 3 основных источника образования газообразных  загрязнений: сжигание горючих материалов, промышленные производственные процессы и природные источники. В результате сжигания топлива образуется 78% диоксида серы от общего его количества. Углеводороды, опасность появления которых связана с тем, что они являются промежуточными продуктами в процессе образования озона, поступают в атмосферу при сжигании топлива и при переработке нефтепродуктов, кроме того, многие углеводороды выделяются в процессе роста и размножения растений. По оценкам учёных из природных источников во всём мире ежегодно выделяется 117 млн. т. углеводородов, а из антропогенных источников 100 млн. т. Однако углеводороды, присутствующие в атмосфере городов, в основном представляют собой продукты сгорания. 
    Значительные количества оксидов серы выбрасываются в атмосферу при производстве меди, свинца и цинка из сульфидных руд, а также в процессе очистки нефтепродуктов. Большая часть выбросов SO2 связана со сжиганием топлива в топках для получения необходимого для процесса тепла. Образующиеся газы, содержащие SO2, обычно используются для производства серной кислоты.
   Оксиды серы также возникают в процессе производства бумаги и целлюлозной массы в результате сжигания серосодержащих материалов.
   Загрязнение атмосферы углеводородами происходит от химических предприятий,нефтеперерабатывающих и металлургических заводов. Углеводороды, выделяются в процессе производства пластмасс, красителей, пищевых добавок, парфюмерных продуктов, смол, пластификаторов, пигментов, пестицидов, а также при переработке каучуков и нефтехимических продуктов.
   Среди химических соединений, выбрасываемых в атмосферу, содержится достаточно большое число ядовитых веществ. В настоящее время к опасным загрязняющим веществам относятся пары ртути, винилхлорид и бензол, содержание которых в атмосфере подлежит специальному контролю.
   Большое количество ископаемого топлива ежегодно сжигается в топках котельных для получения тепла. Котельные самые крупные потребители самого     “грязного” топлива- угля и мазута. Поэтому энергетика по совокупности количества и качества сжигаемого топлива является единственным источником выбросов диоксида серы, а также главным источником дисперсных загрязнителей и оксида азота.
   Газообразные загрязнители возникают в процессе горения, а дисперсные - механическая пыль, может выдуваться при разгрузке и транспортировке угля по конвейеру, а также при удалении и складировании топочной золы. Пыление угля происходит в результате ветровой эрозии. Использование природного угля в качестве топлива является более эффективным. Хотя природный газ рассматривается как относительно чистое топливо, при его сгорании также образуются загрязняющие вещества: оксиды азота, оксиды углерода, углеводороды, дым.
   Ещё одним немаловажным источником загрязнения атмосферы является сжигание твёрдых городских отходов. Во всех цивилизованных мирах для этих целей существуют мусоросжигательные печи, от конструкции которых зависят составы выбросов. 
   Дымовые выбросы состоят из относительно безвредных газообразных продуктов сгорания: диоксида углерода, воды, инертного азота. Но их избыток может привести к образованию шлейфа тумана. Для улавливания дымовых выбросов используют различные фильтры и улавливатели.
   Загрязнение окружающей среды выбросами двигателей внутреннего сгорания привлекают всё более пристальное внимание в последние годы из-за возросшей угрозы здоровью человека.
   Сравнительная характеристика основных выбросов различных транспортных средств, как источников загрязнения, приведена в табл.2
Транспортное средство	Аэрозоли	Оксиды серы	Оксиды азота	Углеводороды	Оксиды углерода	
Автотранспорт	     1,1	     0,4	     6,6	      6,4	     61,9	
Самолёты	     0,1	     0,0	     0,1	     0,2	     1,0	
Железнодорожный транспорт	     0,1	     0,1	     0,7	     0,2	     0,3	
Морской транспорт	     0,6	     0,3	     0,2	     0,5	     1,5	

Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере ведёт к повышению температуры Земли. При увеличении содержания CO2 можно ожидать повышения средней температуры Земли, хотя зависимость между этими параметрами довольно сложная . Было проведено множество модельных исследований по этой проблеме. Судя по их результатам, примерное удвоение содержания CO2 произойдет около 2040 года, в результате чего средняя температура планеты возрастёт на 2 или 3 С. В полярных районах повышение температуры может превысить данное значение в несколько раз. Считается вероятным, что около 2000г. содержание CO2 будет составлять ~400млн. ,что вызовет повышение температуры на 1С, причём также с более значительным повышением в полярных областях.
   Проблема влияния антропогенной деятельности на изменение температуры всё ещё в стадии обсуждения.Конечно, нельзя сводить это воздействие просто к “Подъёму температуры на термостате”, поскольку глобальное распределение температуры связано с перемещением атмосферных масс, например со штормами в зимнее время.
   Содержание водяного пара также может измениться при изменении температуры. Таким образом, конечным результатом изменения концентрации CO2 в атмосфере могут стать сложные климатические процессы, связанные с изменением, как температуры, так и процессов образования осадков.
   Ранее предполагалось, что окислы азота, выбрасываемые транспортной авиацией, являются основной причиной разрушения озонового слоя. Однако количественные измерения показали, что этот источник ничтожен по сравнению с естественными. Из продуктов человеческой деятельности наиболее опасными для озонового слоя являются фреоны и подобные им вещества. Они искуственного происхождения и широко применяются в холодильных установках, различных аэрозольных установках.
   Озон составляет очень небольшую долю в атмосфере –менее одной миллионной доли и по объёму, и по массе. Основная его часть концентрируется в стратосфере- до 90%. Остальные 10% сосредоточены в нижних слоях атмосферы. Здесь озон уже является очень опасным загрязнителем воздуха. Он действует на дыхательные пути, раздражает глаза, нарушает рост растительности и т.д. концентрация его в воздухе, используемом для дыхания, не должна превышать 150-200 мкг/м^3.
   Озон образуется в результате электрических разрядов, но гораздо более важными являются фотохимические реакции с участием веществ-посредников (окислыы азота или углеводороды). В больших городахв результате промышленных и автомобильных выбросов, которые взаимодействуют друг с другом  и с другими газами, образуются сложные химические соединения, возникает фотохимический смог, имеющий высокую концентрацию озона.
   В связи с тем что экологическая роль озонового слоя в глобальном масштабе велика, многие страны приступили к немедленным практическим действиям. Уже в 1978г. США, Канада и Скандинавские страны запретили применение фреонов в аэрозольных балончиках там, где в этом нет необходимости. 
   В заключении заметим, что пока наши знания недостаточны, чтобы определить основные причины колебания содержания озона  в атмосфере и объяснить его механизм. Поэтому любые прогнозы следует воспринимать как гипотетические.

Региональные особенности
   Мордовия расположена в индустриальной зоне европейской части России, на стыке таких высокоразвитых районов, как Центральный , Поволжский, Центрально-чернозёмный. Поэтому качество воздушной среды в республике зависит не только от выбросов местных источников, но и от фонового уровня загрязнения атмосферы региона. Из всех видов загрязнеия воздуха поступающих в мордовию извне, наиболее ощутима пыль.
   Превышение ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе в течении года наблюдается в Саранске, Рузаевке, Ковылкино, Комсомольском, Тургеневе.
   Основные промышленные источники загрязнения атмосферы в Саранске сосредоточены в северной части города и удалены от центра города на 2- 6км. Это: ОАО Лисма, АО Железобетон, ТЭЦ, ОАО Биохимик. Кроме того, по всему городу расположены мелкие источники загрязнения: более 60 промышленных предприятий имеющих более 4000 стационарных источников выбросов вредных веществ. Основные загрязняющие вещества окись углерода, сернистый ангидрид, твёрдые вещества, окислы азота, углеводороды. Специфические загрязняющие вещества: соединения свинца, металлической ртути, хлористого водорода, бутил- ацетата, ацетон.
   Соединения тяжёлых металлов относятся к первому классу опасности. Они имеют замедленное действие в основном на центральную нервную систему.
   Высока доля в загрязнении атмосферы города автотранспорта, значительно выше среднего показателя по республике.
   Потенциал загрязнения атмосферного воздуха в населённых пунктах летом выше, чем зимой, т.к. чаще возникают явления, способствующие накоплению паллютантов.
   Пылевое загрязнение наиболее характерно для весны и осени, когда пахотные земли лишены растительности и дуют сильные ветры. Наиболее загрязненными являются районы ТЭЦ-2 и Заречный.
   Значительные выбросы пыли происходят при добыче стройматериалов, дроблении и сортировке, при производстве цемента, железобетонных конструкций. Основные выбросы - диспергационные аэрозоли – цементная пыль оказывают вредное действие на здоровье, на видимость, на климат. Таким источником загрязнения является цемзавод в п. Комсомольском.

Результаты по решению
В связи с особенностями сложившийся современной социально-экологической ситуации современному производству предъявляется два условия. Первое –производство должно не только создавать материальные блага, но и обезвредить продукты своей деятельности. Второе- продукты производства после использования должны относительно легко снова превращаться в продукты производства.
   Радикальным методом защиты атмосферы от загрязнения служит ликвидация выбросов до их поступления в атмосферу. Для этого необходимо применнение безотходных технологий, замена вредных материалов безвредными,герметизация технологических процессов в самом производстве, утилизация вредных отходов, применение новейших конструкций фильтров, выбор наиболее подходящей технологии улавливания, а также подавление выбросов двигателей автотранспорта.
   Анализ современного состояния и динамики загрязнения атмосферы показывает, что хотя и медленно, но происходит снижение нагрузки на воздушный бассейн города за счёт установки газо-пылеулавливающих очистных сооружений. За текущие годы количество выбросов в атмосферу снизилось за счёт сокращения производства.
   Из конкретных мероприятий, направленных на улучшение состояния атмосферы в нашем городе можно отметить следующее:
   1.Вынесение за черту города свалки бытовых отходов. Планируется строительство мусоросжигательного завода.
   2. На АО “Лисма” применяется герметичная капсульная технология производства люменисцентных ламп. Обязательным является утилизация отходов м вышедших из строя ламп.
   3. Решено, что вновь строящаяся ГРЭС на реке Мокше будет использовать природный газ.
   Возможно, очень скоро в Мордовии начнёт действовать установка по переработке отходов гальванического производства. Её разработчиками являются учёные ядерного центра Арзамас-16. Эта установка на сегодняшний день единственная в мире и претендует быть названной ноу-хау.
   В результате переработки отходов на свет Божий появляются компоненты, используемые в производстве грунтовых красок, органических удобрений для цветов и во многом другом. 

            

Перспективы
   Рост производства электроэнергии - непременное условие развития человека. Поэтому абсолютное количество производимой человеком энергии будет возрастать из года в год.
   Выше было сказано, что именно с выбросами в атмосферу двуокиси серы и окислов азота в результате сжигания топлива связаны кислотные дожди. Накопление двуокиси углерода вызывает у учёных тревогу о возможности глобального потепления на Земле.
   Доля угля в структуре энергетического сырья возрастает, а проводимые мероприятия по уменьшению выбросов ТЭС, работающих на угле, не дают ощутимых результатов даже в высокоразвитых странах.
   В конечном счете, общее оздоровление воздушного бассейна зависит от того, как человечество решит вопрос о “экологизации” производства и использования энергии.
   Очевидно, в ближайшем будущем не будет найдено экологически чистых источников энергии и человечеству придётся пользоваться традиционными видами сырья. Поэтому одним из вариантов решения проблемы является в производстве энергии доли т.н. возобновимых ресурсов и ядерного сырья.
   На долю возобновимых видов приходится около 21% мирового потребления. Из них 15% -на долю энергии, получаемой из биомассы и 6%  на долю гидроэнергии. Подъём в развитии ядерной энергетики вряд ли можно ожидать после Чернобыльской аварии.
   В отдельных странах используется энергия солнца, ветра, гидротермальная энергия, энергия приливов и отливов, но доля их в мировом масштабе пока ничтожна, хотя экологичность очевидна.
   В программе по улучшению экологической ситуации в Мордовии до 2005года включены такие предложения:
1.	Совершенствование природоохранного законодательства, а также систем экологических стандартов, норм и требований, ужесточение наказания за экологические преступления.
2.	Создание контрольно-регулировочных центров во всех крупных автохозяйствах для определения окиси углерода в выхлопных газах.
3.	Организация на стационарных постах ГИБДД постоянных пунктов для контроля за уровнем содержания СО2 в отработанных газах.
4.	Сокращение городского парка автобусов при одновременном увеличении доли электрифицированного транспорта с увеличением его транспортной сети.
5.	Перевод всех котельных г. Саранска на природный газ и электроэнергию.
6.	Выведение асфальтобетонных заводов за пределы г. Саранска
7.	Расширение стационарных постов оперативного контроля за состоянием атмосферного воздуха в республике.