63433

Роль зеленых насаждений в снижении загрязнения атмосферного воздуха. Правовые основы охраны атмосферного воздуха. Фотохимический смог и причины его образования

Лекция

Экология и защита окружающей среды

Только предприятия России выбрасывают в атмосферу более 70 млн т разнообразных веществ в год. При мощности 1 млн кВт она ежегодно выбрасывает в атмосферу 365 млрд м3 горячих газов содержащих пыль вредные вещества и 1000 млн м3 пара.

Русский

2014-06-20

98 KB

2 чел.

Дисциплина «Экология и устойчивое развитие»

Лекция №14 Роль зеленых насаждений в снижении загрязнения атмосферного воздуха. Правовые основы охраны атмосферного воздуха. Фотохимический смог и причины его образования.

 

Атмосфера Земли играет выдающуюся роль в судьбе других сфер Земли и в первую очередь биосферы.

Большое значение имеет состояние тропосферы, в контакте с которой ведут свою жизнь люди, животные, растения. Бурное развитие науки и техники сопровождается интенсивным загрязнением окружающей среды и в первую очередь атмосферы. Сегодня это глобальная проблема всего человечества. Загрязнения исчисляются сотнями миллионов и даже миллиардами тонн в год. Только предприятия России выбрасывают в атмосферу более 70 млн т разнообразных веществ в год.

Наиболее опасным для жизни человека является загрязнение атмосферы химическими веществами, многие из которых ранее отсутствовали в природе, — сернистый газ, который выбрасывают городские ТЭЦ, работающие на угле или мазуте, оксид азота, оксид углерода (II), хлор, формальдегид, фенол, сероводород, аммиак, метан, аэрозольные загрязнения, мелко раздробленные металлы и их оксиды. В некоторых случаях из двух или нескольких относительно безопасных веществ, выброшенных в атмосферу, под действием солнечного света могут образовываться ядовитые соединения. Сегодня таких загрязнителей, губительно действующих на растения, животных и особенно на человека, насчитывается более 2000.

Различают естественное и искусственное загрязнения атмосферы (рис. 4.10).

Естественное загрязнение. В атмосфере постоянно находится некоторое количество пыли, которая образуется в результате естественных явлений, происходящих в природе (выветривание и разрушение горных пород; извержение вулканов, лесные и торфяные пожары, испарение с поверхности морей и океанов), неорганическая пыль. Естественные органические загрязнения представлены аэропланктоном — организмами живущими в атмосфере (бактерии, споры грибов, пыльца растений и др.) и продуктами гниения, брожения и разложени растений и животных. К естественным загрязнителям относит ся и космическая пыль, которая образуется из остатков сгорев ших материалов при их прохождении в атмосфере.

Искусственное загрязнение. В атмосферу попадают вещее тва техногенного и антропогенного происхождения.

Основными отраслями деятельности человека, приводящи ми к загрязнению атмосферы, являются металлургическая энергетическая, химическая промышленность. В среднем заг рязнителей поступает: от автотранспорта — 60%, промышленности — 17%, энергетики — 14%, отопления и уничтожения отходов — 9%. В табл. 4.21 приведен более детальный список отраслей, загрязняющих атмосферу.

Таблица 1  Основные источники загрязнения атмосферы, %

Отрасль

Россия

США

Электроэнергетика

32

14

Транспорт

26

60

Металлургия

20

17

Химическая промышленность

5

Производство нефти

5

Производство бумаги

2

Уничтожение отходов

10

8

Выбросы в атмосферу от электростанций в большой степени зависят от вида используемого топлива (табл. 4.22).

Самая грязная и экологически опасная — угольная электростанция. При мощности 1 млн кВт она ежегодно выбрасывает в атмосферу 36,5 млрд м3 горячих газов, содержащих пыль, вредные вещества и 1000 млн м3 пара. В отходы идут 50 млн м3 сточных вод, в которых содержится 82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41т фосфатов и 500 т твердой взвеси, а также остается 360 тыс. т золы, которую необходимо складировать.

 

Выбросы в атмосферу электростанций мощностью 1 млн кВт

Топливо

Выбросы, т в год

пыль

угарный газ

оксиды азота

двуокись серы

углеводороды

Уголь

3000

2000

27 000

110 000

400

Нефть

1200

700

25 000

37 000

470

Газ

500

20 000

20

34

работы такой электростанции требуется ежегодно 1 млн т угля, 150 млн м3 воды и 30 млрд м3 воздуха.

Как следует из приведенной таблицы, экологичность указанного топлива повышается в ряду: уголь < нефть < газ. Если первая половина XX в. была "эрой угля", вторая половина — "эрой нефти", то в начале XXI в. мир стоит на пороге "эры газа".

Автомобильный транспорт потребляет кислород воздуха для обеспечения процесса горения топлива в двигателях. В процессе горения органического топлива (уголь, нефть, древесина, природный газ) интенсивно потребляется кислород, и атмосфера загрязняется углекислым газом, оксидами серы и другими веществами.

На все формы сжигания топлива, на получение металлургической и химической продукции, на дополнительное окисление различных отходов ежегодно расходуется 10-20 млрд т кислорода (10-16% ежегодного образования кислорода в результате фотосинтеза, что вызывает тревогу). Одновременно со снижением содержания кислорода в атмосфере каждые 100 лет содержание углекислого газа увеличивается на 0,4%, метана — на 1%, окислов азота — на 0,2%.

Уровень загрязнения атмосферы определяется массой и вредностью загрязнителей, поступающих в воздух; объемом пространства, в котором они рассеиваются; механизмами удаления загрязнителей из воздуха. Среди 10 городов России с самым высоким уровнем загрязнения воздуха — Норильск, Москва, Новокузнецк, Липецк, Омск, Асбест, Череповец, Воркута, Магнитогорск, Уфа (по данным Министерства природных ресурсов РФ).

Основные загрязнители воздуха делятся на первичные и вторичные.

Первичные загрязнители:

взвеси, аэрозоли (дым, туман, смог и т. д.);

углеводороды и другие летучие органические вещества;

угарный газ СО;

оксиды азота N0^,;

сернистый газ 802;

свинец и другие тяжелые металлы. Вторичные загрязнители".

озон Оэ; образуется в присутствии углеводородов и оксидов азота и под действием солнечного света;

кислоты (серная, азотная).

За период НТР концентрация углекислого газа в атмосфере возросла на 30%, метана — на 145%, оксидов азота — на 15%.

Выбросы промышленных предприятий представлены двумя группами:

неорганизованные выбросы, которые происходят вследствие неплотностей в аппаратуре и коммуникациях, неумелой транспортировки и неправильного хранения сырья и материалов и т. д.;

организованные выбросы из дымовых труб, вентиляционных систем и проч.

К числу неорганизованных выбросов следует отнести выбросы от автотранспорта. В мире в настоящее время используется около 600 млн автомобилей, и число их ежегодно увеличивается на 250 тыс. Установлено, что 200 млн автомобилей ежегодно выбрасывают в атмосферу 200 млн т углекислого газа, 20 млн т оксидов азота и 40 млн т углеводородов.

В год в атмосферу с выхлопными газами выбрасывается 200 млн т твердых отходов (пыль, зола и т. д.), 200 млн т оксида серы 502, 700 млн т окиси углерода СО, 150 млн т оксидов азота, 5 тыс. т свинца. В сумме все это составляет более 1 млрд т вредных веществ.

Наиболее токсичные загрязнители воздуха представлены в табл. 4.23

Таблица 4.23 ПДК основных загрязнителей воздуха, мг/м3

Загрязнители

Россия

ВОЗ

ПДК

время экспозиции

пдк

время экспозиции

Оксид углерода

5 3

30 мин 24 ч

100 60

15 мин 30 мин

Озон

0,16

30 мин

0,15

60 мин

Диоксид серы

0,5 0,05

30 мин 24 ч

0,5 0,35

10 мин

60 мин

Диоксид азота

0,085 0,04

30 мин 24 ч

0,4

0,15

60 мин 24 ч

Формальдегид

0,035 0,003

30 мин 24 ч

0,1

30 мин

Стирол

0,04 0,002

40 мин 24 ч

0,8

24 ч

Кадмий

0,001

24 ч

1-5 мг

1 год

Свинец

0,0017

24 ч

0,0005

1 год

Ртуть

0,0003

24 ч

0,001

1 год

Отрицательное воздействие загрязнителей воздуха

Последствия загрязнения атмосферы — результат комбинированного, часто синергического воздействия целой смеси загрязнителей. При этом порой трудно выделить конкретного виновника того или иного отрицательного воздействия. Так, уровень заболевания раком легких у курящих и некурящих в сельской местности примерно одинаков, но резко увеличивается у курящих в городе.

Загрязнение атмосферы влияет:

1) на здоровье людей — легочные заболевания, аллергия, сердечно-сосудистые, онкологические и другие заболевания встречаются чаще в местах с загрязненным воздухом, и продолжительность жизни людей в таких местах меньше. Только от болезней, связанных с загрязнением воздуха, в мире поги бает 2,7 млн чел. Токсичные вещества, поступая в организм человека с вдыхаемым воздухом, сразу проникают в кровь. Их вредность во много раз сильнее, чем при попадании через желудочно-кишечный тракт;

В 1952 г. лондонский смог, содержащий в своем составе значительное количество оксида серы, вызвал резкое повышение смертности жителей столицы Великобритании (рис. 4.11)

2) на леса, многие сельскохозяйственные растения — при
загрязнении воздуха они либо погибают, либо растут значительно медленнее; увеличивается содержание свинца в почве вблизи от автомагистралей, и, как следствие, возрастает накопление свинца в растительности (рис. 4.12, а, б).

3) на материалы — увеличивается скорость коррозии.
Загрязнение воздуха в помещениях часто выше, чем на улице. Это обусловлено тем, что:

♦ обои, мебель и другие материалы выделяют загрязнители, например формальдегид; в помещении находятся продукты неполного сгорания природного газа, используются аэрозоли, клеи, моющие вещества, наличие которых может дать си-нергический эффект;

помещения мало и плохо проветриваются;

время экспозиции (нахождения) в помещении значительно больше, чем вне помещения.

Для уменьшения отрицательного воздействия загрязнителей на здоровье людей в помещении необходимо:

прекратить курение (в 2000 г. в России из 800 тыс. умерших 300 тыс. умерли в результате курения; в 1999 г. в США от рака дыхательных путей умерло 95 тыс. чел., из них 90 тыс. курили);

уменьшить употребление агрессивных химикатов и растворителей;

для мытья посуды использовать пищевую соду;

чаще проветривать помещения (тепло хранит не воздух, а стены и мебель).

Региональные и глобальные последствия загрязнения атмосферы

На специальной сессии ООН по окружающей среде и развитию в июне 1998 г. в Рио-де-Жанейро принята Конвенция об изменении климата Земли. Развитые страны, в том числе Россия, в качестве первого шага обязались к концу XX в. по выбросам углекислого газа и других парниковых газов вернуться к уровню 1990 г.

На экологию биосферы положительное влияние оказали сокращение испытаний ядерного оружия, международные соглашения о запрещении разработки, производства и накопления запасов бактериального и токсичного оружия и об их уничтожении (1972 г.); аналогичное соглашение о химическом оружии было заключено в 1997 г

Кислотные дожди

В отсутствие загрязнителей атмосферная вода имеет рН < 5,6. При наличии в атмосфере кислых газов (сернистого и серного ангидрида 802, 803, окислов азота 1>ЮХ, соляной кислоты НС1 и др.) рН атмосферных осадков становится меньше 5,6 — выпадают кислотные дожди.

Появление кислых газов в воздухе является следствием выброса неочищенных отработанных газов ТЭЦ, серно- и азотнокислотных производств, металлургических комбинатов и др. Только ТЭЦ средней мощности выбрасывают около 700 тыс. м3/ч отходящих газов, каждый кубометр которых содержит (в зависимости от вида топлива): серы — до 0-3 тыс. г, азота — 80-100 мг.

Последствия выпадения кислотных дождей очень многоплановые. Главное из них: — изменение природных экосистем.

Одна из причин — рН среды влияет на деятельность практически всех ферментов, гормонов, которые регулируют обмен веществ в живых организмах. Особенно чувствительны к повышению кислотности водные экосистемы. В пресноводных экосистемах рН воды обычно близок к нейтральному значению (6~7), и обитатели этих водоемов адаптированы к этому уровню рН. При снижении рН (среда подкисляется) яйцеклетки, сперма, молодь погибают. При этом сокращаются популяции птиц, питающихся рыбой, насекомых, личинки которых развиваются в воде, а это влияет на весь животный мир и, как следствие, приводит к резкому снижению численности и гибели многих видов организмов.

Пример закисления пресных вод на юге Швеции в течение 8 лет представлен на рис. 4.13.

Кислотные дожди вызывают деградацию лесов. Причин этого явления несколько. Во-первых, попадая на листья и хвою деревьев, кислотные дожди нарушают защитный восковой налет, делая растения более уязвимыми для патогенных микроорганизмов, насекомых, вследствие чего леса поражаются болезнями, насекомыми-вредителями; во время засухи через поврежденные листья испаряется больше влаги. Во-вторых, кислотные дожди приводят к обеднению почвы биогенами, и, как следствие, ухудшается развитие и рост деревьев и другой растительности. Так, от кислотных дождей пострадало примерно 50% деревьев Северной Америки; ущерб для лесного хозяйства ФРГ составляет 0,2 млрд долл. в год. Кислотные дожди уменьшают продуктивность почвы не только из-за выщелачивания биогенов, поскольку увеличивается растворимость материнской породы и, как следствие, возрастает мобилизация (подвижность) и растворимость биогенов, их вымывание из почвы. При низких рН уменьшается активность редуцентов и азотфик-сирующих микроорганизмов, что также приводит к снижению плодородия почвы. Более того, увеличение подвижности алюминия и других тяжелых металлов приводит к их усвоению растениями: ионы металлов оказывают токсичное действие как на растения, так и на животных (в том числе и человека), которые питаются этими растениями. Кислотные дожди снижают буферную емкость почвы, т. е. способность почвы сохранять определенную реакцию среды при различных атмосферных воздействиях, в том числе и. кислотных дождей: чем больше буферная емкость почвы, тем меньше ее деградация от кислотных дождей, и наоборот.

Возрастание мобилизации алюминия и других токсичных ионов под действием кислотных дождей приводит к загрязнению грунтовых и поверхностных вод.

Кислотные дожди губительно действуют на технические сооружения, произведения искусств, поскольку с понижением рН возрастает скорость коррозии.

Кислотные дожди являются главной экологической проблемой стран ЕЭС.

Для уменьшения загрязнения атмосферы кислыми газами необходимо сокращать выбросы кислотообразующих веществ (нужны замена топлива, очистка отработанных газов, в том числе использование скрубберов).

Парниковый эффект

В настоящее время человечество оказалось на пороге крупнейшего изменения климата, вызванного человеком. Это изменение не запланировано, неуправляемо и может оказаться катастрофическим. Причина этого изменения — увеличение в атмосфере углекислого газа и некоторых других газов (метана, углеводорода, оксидов азота и др.), которые поглощают инфракрасное излучение от Земли, нагреваются и тем самым нагревают нашу планету (табл. 4.24).

Таблица 4.24 Парниковые газы

Газ

Потенциал потепления, %

Вклад в парниковый эффект, %

С02

1

64

сн4

21

19

N0,

310

5,7

Полициклические фторуглероды

4000-11700

10

Как следует из табл. 4.24, наибольший вклад в парниковый эффект вносит углекислый газ. Концентрация углекислого газа 0,029% обеспечивает тот климат, к которому мы привыкли. Основная причина увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере — нарушение его круговорота вследствие: а) сжигания топлива:

С (твердое топливо) + 02 -> С02 + О;

СН4 (газообразное топливо) + 202 ~* С02 + 2Н20 + (2; 2С8Н18 (жидкое топливо) + 50О2 -> 16С02 + 18Н20 + О;

б) вырубки лесов.

Из-за роста населения эта проблема будет усугубляться. В настоящее время концентрация углекислого газа равна 0,035% (т..е. увеличилась на 20%) и продолжает увеличиваться каждый год на 0,5%, а к 2050 г. она удвоится.

Увеличение концентрации углекислого газа в 2 раза повлечет повсеместное потепление на 2,5-4,5 °С (в полярных районах до 10 °С, а в экваториальных — на 1 ~2 °С) и, следовательно, таяние льдов. Это приведет к повсеместному подъему уровня моря на 1,5-2 м, затоплению прибрежных районов, образованию бурь, смерчей и наводнений.

Однако температура у поверхности Земли зависит не только от парниковых газов. В первую очередь она определяется отражательной способностью планеты — альбедо, т. е. величиной отражения потока солнечного света, поступающего к поверхности Земли.

Уничтожение естественных водоемов на 63% поверхности суши и замена их сельскохозяйственными полями, сведение лесов и расширение в связи с этим площади пустынь изменили альбедо планеты.

В 90-х гг. XX в. стала очевидна отрицательная роль аэрозолей— мельчайших твердых и жидких частиц в атмосфере. При сжигании топлива в воздух поступают газообразные оксиды серы и азота, которые, соединяясь с капельками воды, образуют серную, азотную кислоту и аммиак, которые превращаются затем в сульфатный и нитратный аэрозоль. Аэрозоли отражают солнечный свет, способствуют увеличению облачности, что, в свою очередь, уменьшает приток солнечного тепла к земной поверхности.

Все возрастающая концентрация парниковых газов и аэрозолей в атмосфере, изменение альбедо нашей планеты нарушают устойчивость климата. Это проявляется в повышении среднеглобальной температуры приземного слоя. Возросла частота и интенсивность экстремальных климатических явлений (необычные колебания температуры, увеличение силы и частоты всех видов штормов, необычайные внесезонные осадки).

Последствия парникового эффекта уже в настоящее время Дают о себе знать. Так, число стихийных бедствий с каждым десятилетием увеличивается: за период с 1973 по 1983 г. было зафиксировано 1,5 тыс. стихийных бедствий, в 1983-1992 гг. — 3,5 тыс., а в 1993-2002 гг. — уже 6 тыс. Стихийные бедствия XX в. так или иначе затронули 2 млрд жителей нашей планеты, т. е. треть всего человечества.

В результате потепления изменится циркуляция атмосферы (уменьшится), что повлияет на распределение осадков и, следовательно, на экосистемы Земли и ее биосферу.

Чтобы этого не произошло, необходимо:

разрабатывать и внедрять солнечные и другие бестопливные источники энергии;

увеличить КПД использования горючего на транспорте и использовать другие способы экономии энергии;

прекращать вырубку лесов, особенно тропических;

сажать новые леса.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12126. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНА СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОСТОЛБИКА 155.5 KB
  Лабораторная работа №11 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНА СТЕФАНАБОЛЬЦМАНА С ПОМОЩЬЮ ТЕРМОСТОЛБИКА Цель работы: Исследовать зависимость теплового излучения энергетической светимости или интегральной испускательной способности абсолютно черного тела от температуры. Обо
12127. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА - БОЛЬЦМАНА С ПОМОЩЬЮ ПИРОМЕТРА С ИСЧЕЗАЮЩЕЙ НИТЬЮ 77 KB
  ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Лабораторная работа № 12 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА – БОЛЬЦМАНА С ПОМОЩЬЮ ПИРОМЕТРА С ИСЧЕЗАЮЩЕЙ НИТЬЮ Цель работы: ознакомление с оптическими методами измерения температуры изучение температурной зависимости энергетической свети
12128. ДИСТАНЦИОННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОПТИЧЕСКИМ ПИРОМЕТРОМ 88 KB
  Лабораторная работа № 13 ДИСТАНЦИОННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОПТИЧЕСКИМ ПИРОМЕТРОМ Цель работы: измерение температуры нити накала лампы оптическим пирометром с исчезающей нитью. Оборудование: оптический пирометр ЛАТР амперметр вольтметр лампа накаливани...
12129. ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА НА ФОТОЭЛЕМЕНТЕ 87.5 KB
  Лабораторная работа №14 ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА НА ФОТОЭЛЕМЕНТЕ Цель работы: Построение вольтамперных характеристик металлов фотоэлементов определение постоянной Планка определение работы выхода электронов с поверхности фотокатода...
12130. ИЗУЧЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА НА ФОТОСОПРОТИВЛЕНИИ 93 KB
  КВАНТОВЫЕ ЭФФЕКТЫ Лабораторная работа № 15 ИЗУЧЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА НА ФОТОСОПРОТИВЛЕНИИ Цель работы: построение вольтамперной и световой люксамперной характеристик и определение удельной чувствительности фотосопротивления. Об
12131. ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА ИСПУСКАНИЯ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ (СЕРИЯ БАЛЬМЕРА) 69.5 KB
  Лабораторная работа № 16 ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА ИСПУСКАНИЯ АТОМАРНОГО ВОДОРОДА В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СЕРИЯ БАЛЬМЕРА Цель работы: определить частоты спектральных линий в видимой части спектра испускания водорода и вычислить значение постоянной Ридберга. Оборудование:
12132. СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭМИССИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НАТРИЯ 111.5 KB
  Лабораторная работа № 17 СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭМИССИОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НАТРИЯ Цель работы: изучить спектр испускания и тонкую структуру спектра испускания атома натрия. Оборудование: лампа с парами натрия неоновая лампа спектрограф ИСП51 линза. ...
12133. ИССЛЕДОВАНИЕ АТОМНОЭМИССИОННОГО СПЕКТРА РТУТИ 119 KB
  Лабораторная работа № 18 ИССЛЕДОВАНИЕ АТОМНОЭМИССИОННОГО СПЕКТРА РТУТИ Цель работы: пользуясь спектром испускания ртути определить квантовые числа соответствующие уровням энергии атомов ртути. Оборудование: монохроматор УМ2 ртутная и неоновая лампы. Кр
12134. ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ЭЛЕКТРОННОГО СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО ЙОДА 136.5 KB
  Лабораторная работа № 19 ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ЭЛЕКТРОННОГО СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО ЙОДА Цель работы: с помощью спектра поглощения паров йода определить частоту колебаний силовую постоянную и энергию диссоциации молекулы йода. Об