Мониторинг химического состава атмосферного аэрозоля промышленного города

ГОУ ВПО

“МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Э.БАУМАНА”

КАЛУЖСКИЙ ФИЛИАЛ

ФАКУЛЬТЕТ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК

КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ

















Реферат по экологическому мониторингу на тему

«Мониторинг химического состава атмосферного аэрозоля промышленного города»



Выполнила: Самохина М.А.

Группа: ЭКД-91

Проверил: Шемель И.Г.













Калуга 2009




СОДЕРЖАНИЕ



Введение

Загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами

Влияние атмосферных загрязнений на окружающую среду и здоровье населения

Мониторинг атмосферного аэрозоля промышленного города

Заключение

Список используемой литературы




ВВЕДЕНИЕ



В современных промышленных городах воздушная среда загрязняется сложной смесью веществ, состав которой тесно связан с характером производств. Концентрации вредных веществ в воздухе подвержены резким колебаниям и зависят от целого ряда причин: технологического режима, состояния аппаратуры, наличия характера и мощности вентиляции, температуры, влажности и других факторов. Нередко из многообразия веществ требуется выделить наиболее токсичные и определить их количественное содержание. Все это свидетельствует о специфических трудностях, возникающих при исследовании воздушной среды и обуславливает высокие требования к качеству экологического контроля. Для этого и существует мониторинг химического состава атмосферного аэрозоля промышленных городов – система наблюдений за состоянием воздуха, его загрязнением, а также оценка и прогноз состояния атмосферного воздуха.




ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ПРОМЫШЛЕННЫМИ ВЫБРОСАМИ



Загрязнению воздуха в определенной степени подвержены все промышленно развитые страны. Воздух больших городов, которым мы дышим, содержит огромное количество различных вредных примесей, аллергенов, взвешенных частиц и представляет собой аэрозоль.

Аэрозоли – это аэродисперсные (коллоидные) системы, в которых неопределенно долгое время могут находиться во взвешенном состоянии твердые частицы (пыль), капельки жидкости, образующиеся либо при конденсации паров, либо при взаимодействии газовых сред, либо попадающие в воздушную среду без изменения фазового состава.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются тепловые электростанции, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы, которые выбрасывают в атмосферу пыль, сернистые и другие вредные газы, выделяющиеся при различных технологических производственных процессах.

Черная металлургия выплавки чугуна и переработки его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов.

Загрязнение воздуха пылью при коксовании углей сопряжено с подготовкой шихты и загрузкой ее в коксовые печи, с выгрузкой кокса в тушильные вагоны и с мокрым тушением кокса. Мокрое тушение сопровождается также выбросом в атмосферу веществ, входящих в состав используемой воды.

В цветной металлургии при получении металлического алюминия путем электролиза с отходящими газами от электролизных ванн в атмосферный воздух выделяется значительное количество газообразных и пылевидных фтористых соединений.


Таблица 1 Загрязнители, выбрасываемые в атмосферу Земли (2005 г.)

Загрязнители

Масса, млн. т/год

Естественные источники

Частицы почвы и горных пород

100-500

Зола от лесных пожаров и сжигания сельскохозяйственных отходов

3-150

Сульфаты

300-200

Соли аммиака

80-270

Нитраты

60-430

Углеродные соединения растительного происхождения

75-200

Искусственные источники

Твердые частицы дыма и промышленная пыль

580

Окислы углерода

360

Летучие углеводороды и другая органика

320

Окислы серы

160

Окислы азота

110

Сульфаты

75-200

Нитраты

30-35

Соединения фосфора

18

Сероводород

10

Аммиак

1

Фтористый водород

1



Воздушные выбросы предприятий нефтедобывающей и нефтехимической промышленности содержат большое количество углеводородов, сероводорода и дурно пахнущих газов. Выброс в атмосферу вредных веществ на нефтеперерабатывающих заводах происходит главным образом вследствие недостаточной герметизации оборудования. Например, загрязнение атмосферного воздуха углеводородами и сероводородом отмечается от металлических резервуаров сырьевых парков для нестабильной нефти, промежуточных и товарных парков для легковых нефтепродуктов.

Производство цемента и строительных материалов может являться источником загрязнения атмосферы различной пылью. Основными технологическими процессами этих производств являются процессы измельчения и термическая обработка шихт, полуфабрикатов и продуктов в потоках горячих газов, что связано с выбросами пыли в атмосферный воздух.





Рис.1. Загрязнение атмосферы выбросами промышленных предприятий



К химической промышленности относится большая группа предприятий. Состав их промышленных выбросов весьма разнообразен. Основными выбросами от предприятий химической промышленности являются окись углерода, окислы азота, сернистый ангидрид, аммиак, пыль от неорганических производств, органические вещества, сероводород, сероуглерод, хлористые соединения фтористые соединения и др. Источниками загрязнения атмосферного воздуха в сельских населенных местах являются животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные комплексы от производства мяса, энергетические и теплосиловые предприятия, пестициды, применяемые в сельском хозяйстве. В районе расположения помещений для содержания скота и птицы в атмосферный воздух могут поступать и распространяться на значительное расстояние аммиак, сероуглерод и другие дурно пахнущие газы.






Рис. 1. Валовые выбросы загрязняющих веществ атмосферу г. Калуги



К источникам загрязнения атмосферного воздуха пестицидами относятся склады, протравливание семян и сами поля, на которые в том или ином виде наносятся пестициды и минеральные удобрения, а также хлопкоочистительные заводы.

Смог - аэрозоль, состоящий из дыма, тумана и пыли, один из видов загрязнения воздуха в крупных городах и промышленных центрах. Смог может образовываться практически при любых природных и климатических условиях в крупных городах и индустриальных центрах с сильным загрязнением воздуха. Наиболее вреден смог в тёплые периоды года, в солнечную безветренную погоду, когда верхние слои воздуха достаточно тёплые, чтобы останавливать вертикальную циркуляцию воздушных масс. Это явление часто встречается в городах, защищённых от ветров естественными преградами, например, холмами или горами. Сам по себе туман не опасен для человеческого организма. Он становится вредным, только когда чрезвычайно загрязнен токсическими примесями.






Рис. 2. Структура валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу г. Калуги



На долю автомобильного транспорта приходится основная масса вредных выбросов. Резко выросло число автомобилей в городах, к чему основная часть городов оказались не готовы. Одна из главных причин этого существенный износ автомобильной техники – почти семьдесят процентов автомашин устарели и при работе их двигатели выбрасывают массу вредных веществ. Другая причина – низкое качество производимого отечественного бензина. Выхлопные газы – смесь приблизительно 200 веществ. В них содержатся не сгоревшие либо не полностью сгоревшие углеводороды, доля которых резко растет, если двигатель работает на малых оборотах либо в момент роста скорости на старте, т. е. Во время заторов и у красного сигнала светофора. Конкретно в этот момент, когда нажимают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших частиц: приблизительно в 10 раз больше, чем при работе мотора в обычном режиме. К несгоревшим газам относят и обыденную окись углерода, образующуюся в том либо ином количестве повсюду, где что-то сжигают. В выхлопных газах мотора, работающего на обычном бензине и при нормальном режиме, содержится в среднем 2,7 % оксида углерода. При понижении скорости эта доля возрастает до 3,9 %, а на малом ходу – до 6,9 %.


ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ



Загрязнение воздуха оказывает вредное воздействие на живые организмы несколькими путями:

1) доставляя аэрозольные частицы и ядовитые газы в дыхательную систему человека и животных и в листья растений;

2) повышая кислотность атмосферных осадков, которая, в свою очередь, влияет на изменение химического состава почв и воды;

3) стимулируя такие химические реакции в атмосфере, которые приводят к увеличению продолжительности облучения живых организмов вредоносными солнечными лучами;

4) изменяя в глобальном масштабе состав и температуру атмосферы и создавая таким образом условия, неблагоприятные для выживания организмов.

Через дыхательную систему в организм человека поступает кислород, который разносится гемоглобином (красными пигментами эритроцитов) к жизненно важным органам, и выводятся продукты жизнедеятельности, в частности углекислый газ. Дыхательная система состоит из носовой полости, гортани, трахеи, бронхов и легких. В каждом здоровом легком насчитывается примерно 5 млн. альвеол (воздушных мешочков), в которых и происходит газовый обмен. Из альвеол кислород поступает в кровь, а углекислота через них удаляется из крови и выбрасывается в воздух.

Дыхательная система имеет ряд защитных механизмов, предохраняющих от воздействия загрязняющих веществ, содержащихся в воздухе. Волоски в носу отфильтровывают крупные частицы. Слизистая оболочка носовой полости, гортани и трахеи задерживает и растворяет мелкие частицы и некоторые вредные газы. Если в дыхательную систему попадают загрязняющие вещества, человек чихает и кашляет. Таким образом эвакуируются загрязненный воздух и слизь. К тому же верхние дыхательные пути выстланы сотнями тонких ресничек мерцательного эпителия, находящихся в постоянном движении и перемещающих вверх по гортани слизь вместе с попавшей в дыхательную систему грязью, которые либо проглатываются, либо удаляются наружу.

В зонах интенсивных пылевых загрязнений возникает ряд специфических заболеваний. К ним, среди прочих, относятся силикоз и асбестоз, приводящие к изменению тканей легких. Силикоз вызывается кварцевой пылью с размерами частиц около 3 мкм. Асбестоз - иглами асбеста длиной более 5 мкм и сечением около 3 мкм. В отличие от химически инертных частиц кварца и асбеста, действующих на организм чисто механически, мельчайшие частицы металлов, или ионы металлов, вызывают образование в крови токсических продуктов биохимических реакций.

Особенно распространенными заболеваниями являются токсичные отравления свинцом, кадмием, алюминием, бериллием и их соединениями, а также вспышки инфекционных заболеваний у людей, имевших длительный контакт с пылью вольфрама, ванадия, титана и ряда шлаков металлургических производств. Многие виды пылей антропогенного происхождения являются причинами аллергических заболеваний. При этом аллергенами могут быть пыли как минерального, так и органического происхождения.

От загрязнения воздуха страдают животные и растения. Под влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с чем ухудшаются фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность сельскохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах воздействия растительность погибает. Гигроскопические пыли могут обезвоживать поверхности листьев растений, образуя на них корку, что нарушает естественные процессы обмена. Отложения ряда пылей препятствуют процессу фотосинтеза, отражая часть лучистой энергии в области длин волн 400-750 нм. Наоборот, пыли, типичные для городов, поглощают инфракрасное излучение, способствуя этим перегреву листьев растений. Все это нарушает нормальный водный и температурный режим и в конечном счете снижает активность ферментов фотосинтеза.

Так называемые «кислые» дожди вызывают повышение кислотности почв, что снижает эффективность применяемых минеральных удобрений на пахотных землях, приводит к выпадению наиболее ценной части видового состава трав на долголетних культурных сенокосах и пастбищах

Ущерб, причиняемый биоте при выпадении кислотных осадков, наиболее заметно выражен в лесах и на озерах. Определенные виды деревьев, в частности сосны, особенно чувствительны к изменению кислотности почвы. От кислотных дождей сильно пострадали большие площади лесов в Новой Англии, Канаде и скандинавских странах. В некоторых случаях растения служат индикаторами подобных воздействий: листья покрываются пятнами или обесцвечиваются. Перенасыщение кислотами, связанное с весенним стоком в озера и реки талых вод, может оказать пагубное воздействие на рыб и другие водные организмы.



МОНИТОРИНГ АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ГОРОДА



Для получения надежной оценки загрязнения воздуха служит мониторинг атмосферного воздуха – система наблюдений за состоянием воздуха, его загрязнением, а также оценка и прогноз состояния атмосферного воздуха, его загрязнения. Согласно Закона «Об охране атмосферного воздуха» РФ, государственный мониторинг атмосферного воздуха осуществляется специально уполномоченным федеральным органом исполнительной власти в области гидрометеорологии и смежных с ней областях. Основная цель мониторинга атмосферного воздуха – наблюдение за качеством воздушного бассейна, оценка, прогноз и выявление тенденций изменения состояния атмосферы для предупреждения негативных ситуаций, угрожающих здоровью людей и окружающей среде.

Система анализа и управления качеством атмосферного воздуха включает в себя следующие функции:

1) Сбор, анализ и ведение базы данных выбросов предприятий и городского автотранспорта с регулярным обследованием транспортных потоков на улицах города;

2)Проведение сводных расчетов полей приземных концентраций загрязняющих веществ с выявлением вкладов предприятий и автотранспорта в загрязнение атмосферы;

3) Нормирование выбросов предприятий с автоматическим формированием разрешений на выброс для всех предприятий города;

4) Разработку индивидуальных томов ПДВ для предприятий города в виде автоматических извлечений из Сводного тома ПДВ, включающих комплексную оценку качества атмосферного воздуха в районе расположения предприятий, вклады предприятий в загрязнение воздуха, мероприятия по снижению выбросов в атмосферу и пр.

5)Выявление виновников сверхнормативных загрязнений атмосферного воздуха и рекомендации по снижению сверхнормативных выбросов;

6) Разработку программы, ведение базы данных и аналитическую обработку результатов общегородского мониторинга атмосферного воздуха;

7) Получение картографического материала, характеризующего фактическое и прогнозное качество атмосферного воздуха в городе;






Рис. Результат мониторинга по ксилолу в г.Калуга



Во всех городах определяются концентрации основных загрязняющих веществ (суммарные твердые частицы, диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота). Измеряются также концентрации приоритетных специфических загрязняющих веществ: формальдегида, аммиака, фенола, сероводорода, сероуглерода. При выборе приоритетного перечня специфических веществ учитывались, прежде всего, выбросы каждого вещества, размеры города, предельно допустимые концентрации, коэффициенты рассеивания. Во всех контролируемых городах определяется содержание в воздухе свинца и кадмия, бензапирена, летучих органических соединений. В соответствии с рекомендациями Всемирной организации здравоохранения проводятся регулярные наблюдения за концентрациями твердых частиц фракции РМ-10. Кроме того, регулярно определяется кислотность атмосферных осадков, компоненты основного солевого состава и содержание в них тяжелых металлов. В районах с отсутствием или ограниченным числом станций, но характеризующихся значительными объемами выбросов вредных веществ в атмосферу от стационарных источников, в годы с устойчивым снежным покровом проводится режимная снегомерная съемка.




Рис. Диаграмма выбросов диоксида азота в г.Калуга



Разработанная действующая система инструментального мониторинга атмосферного воздуха удовлетворяет требованиям как экологического, так и санитарно – эпидемиологического мониторинга. Это позволяет вести единую базу данных и ее аналитическую обработку.

Управленческие функции системы позволяют разработать мероприятия по снижению выбросов, обеспечивают учет реальной экологической ситуации при разработке Генерального плана городов, перераспределения транспортных потоков и пр. Достоверная и оперативная информация о качестве воздуха позволит администрации городов принимать взвешенные решения при оценке экологической допустимости строительства новых хозяйственных и жилых объектов, транспортных сетей, реконструкции и перепрофилирования существующих производств.




ЗАКЛЮЧЕНИЕ



За последние сто лет в атмосферу Земли попало, по подсчетам ученых, более миллиона тонн кремния, полтора миллиона мышьяка, около миллиона тонн кобальта. Еще более было выброшено пыли, сажи, копоти, оксидов азота, углерода и серы. Только в США за год выбрасывается в воздух более 200.000.000т. различных загрязнений. Причем большинство выбрасываемых и вредных веществ – ценное промышленное сырье. Только из оксида серы (IV), выделившегося вместе с дымами тепловых электростанций, можно было бы получать более половины производимой сейчас серной кислоты. Огорчительнее всего то, что запасы выбрасываемых элементов не бесконечны и просеивание их по всей поверхности планеты – экономический ущерб не только для ныне живущих, но и будущих поколений; ведь рассеянные элементы навсегда потеряны для промышленности, так как выбыли из естественного кругооборота элементов.

В настоящее время наиболее распространенный способ борьбы с загрязнениями воздуха заключается в удалении загрязняющих веществ как можно дальше от места выброса. Это осуществляется строительством высоких труб на заводах и тепловых станциях. В охране воздуха городов и населенных пунктов важная роль принадлежит зеленым насаждениям и зеленым зонам, расположенным вокруг от пыли, улучшают его газовый состав.

Однако все эти способы не могут полностью решить проблему охраны атмосферы. Фильтры, газо- и пылеуловители приводят к скоплению огромных масс вредных веществ, которые куда-то надо складировать. При этом происходит загрязнение почвы, поверхностных и грунтовых вод. Часть загрязняющих веществ не улавливается на фильтрах и попадает в воздух.

Воздушные массы не знают государственных границ. Проблемы охраны воздуха затрагивают интересы всех стран.


СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



1. Безуглая Э.Ю. Чем дышит промышленный город. Л., 1991

2. Купаев В.И., Калачева О.А., Семин А.В. Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический мониторинг. Учебное пособие - Москва: РГОТУПС, 2003.- 222 с.

3. Пинигин М.А. Охрана атмосферного воздуха. М., 1989

4. Степановских А.С. Прикладная экология: охрана окружающей среды. Учебник для вузов - Москва: ЮНИТИ-ДАНА, 2005.- 751 с.