1. Литературный обзор

1.1 Роль атмосферы в жизни человека и других организмов

При отсутствии атмосферы жизнь на Земле была бы невозможна. Из атмосферы мы черпаем, когда дышим, кислород, необходимый для жизнедеятельности практически любого организма. К счастью, в атмосфере находится огромное количество кислорода, которое все время пополняется фотосинтезирующими растениями.

Но окружающая нас атмосфера нужна нам не только как источник кислорода. Она обеспечивает и исключительно благоприятные условия для жизни на Земле вообще. Мощный слой земной атмосферы защищает жизнь, бурлящую на ее поверхности, от непосредственного воздействия Космоса, в котором ничтожной песчинкой плывет наша Земля.

Атмосфера пропускает солнечные лучи, когда светит Солнце, но не позволяет Земле расстаться с полученным ею теплом, когда Солнце заходит. Благодаря этому средняя температура поверхности нашей планеты достигает плюс 14°С, а колебания температур не превышают 100°С.

В результате неравномерного нагревания атмосферы в ней возникают воздушные течения и ветры. Благодаря им происходит выравнивание температуры и влажности, переносятся с места на место облака и тучи, поддерживаются круговороты воды и многих других веществ, столь необходимых для всего живого. (Мизун Ю.Г. ,1994г.)

Атмосфера -- воздушная оболочка земного шара -- имеет неоднородное, слоистое строение. До высоты 16-18 км над экватором и 1--10 км над полюсами воздух наиболее плотен. Этот слой, в котором сосредоточено 4/5 всей массы атмосферы, называют тропосферой. С шей связана погода. В этом слое существует практически все разнообразие форм жизни, и поэтому именно тропосферу (точнее ее нижнюю часть) относят к биосфере. В контакте с тропосферой ведут свою жизнь обитатели суши.

Выше тропосферы выделяют стратосферу (до высот примерно 46-48 км), мезосферу (до 80 км) и термосферу (выше 80 км). С увеличением высоты быстро уменьшаются атмосферное давление и плотность воздуха.

С увеличением высоты существенно изменяются температура и химический состав воздуха.

Неоднороден также и газовый (химический) состав атмосферного воздуха. Наиболее интересен для нас состав воздуха нижних, приземных слоев тропосферы, которым мы непосредственно дышим. Он определяется следующим соотношением газов в процентах к объему: Азот - 78,08; Кислород - 20,95; Аргон - 0,92; Углекислый газ - 0,03. 0,02, газы на уровне примесей: Ксенон, Водород, Неон, Гелий, Криптон, Радон, Йод, Озон, Метан, Сероуглерод.

Химический (газовый) состав атмосферы существенно не меняется до высоты 100 км. Несколько выше атмосфера также состоит главным образом из азота и кислорода, но на высотах 90--100 км появляется атомарный кислород, выше 110--120 км кислород почти весь становится атомарным.

Под воздействием ультрафиолетовых лучей на высоте 10-60 км образуется озон, максимальные концентрации которого располагаются на высоте 22--25 км. Именно он, в основном, поглощает ультрафиолетовые лучи, играя важную роль в существовании жизни.

Рассматривая состав воздуха, необходимо отметить присутствие в нем атмосферной пыли -- его постоянной составной части. Атмосферная пыль имеет большое значение для жизнедеятельности растительного и животного мира. Пыль поглощает прямую солнечную радиацию и защищает живые организмы от ее вредного влияния. Пыль также рассеивает прямые солнечные лучи, создавая более равномерное освещение поверхности Земли. Кроме того, она способствует конденсации в атмосфере водяных паров, а следовательно, и образованию осадков.

В воздухе тропосферы присутствует еще один очень важный для жизни на Земле компонент -- вода, а точнее ее пары. Количество водяных паров очень переменчиво во времени, географической широте и служит важной характеристикой климата (от 0 до 4% по объему). Чаще всего содержание паров воды в воздухе выражают через относительную влажность. Дело в том, что способность воздуха накапливать в себе пары жидкостей тем больше, чем выше температура (при 30°С в 1м3 воздуха может содержаться 30 г воды; при -20°С -- 0,5 г). Если количество паров превышает "емкость" воздуха, например из-за падения температуры, то их избыток начинает конденсироваться в виде капелек, что объясняет образование туманов, облаков, пара. Обычно же количество водяных паров бывает несколько меньше и относительной влажностью называют соотношение фактического количества водяного пара к максимально возможному при данной температуре, выраженное в процентах. Интервал влажности от 30 до 60% считается оптимальным для человека. (Торсуев Н.П., 1997 г.)

Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот. Эти газы участвуют в основных биогеохимических циклах.

Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Современная атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете. Главные запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органических веществах и окислах железа, часть кислорода растворена в воде. В атмосфере, по-видимому, сложилось приблизительное равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его потреблением живыми организмами. Но в последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере могут уменьшиться. Особую опасность представляет разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последние годы. Большинство ученых связывают это с деятельностью человека.

Углекислый газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. Содержание углекислого газа в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы.

Некоторые колебания - содержания углекислого газа в воздухе местности зависят от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время исследования показывают, что с начала века среднее содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно увеличивается. Ученые связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.

Азот -- незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера -- неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.

Частично азот поступает из атмосферы в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под действием электрических разрядов во время гроз. Однако основная часть азота поступает в воду и почву в результате его биологической фиксации. Существует несколько видов бактерий и сине-зеленых водорослей (к счастью, весьма многочи с ленных), которые способны фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению органических остатков в почве растения-автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот.

Другие составные части воздуха не участвуют в биохимических циклах. (Криксунов Е.А., 1997.)

1.2 Загрязнение атмосферы

АТМОСФЕРА, газовая оболочка, окружающая небесное тело. Ее характеристики зависят от размера, массы, температуры, скорости вращения и химического состава данного небесного тела, а также определяются историей его формирования начиная с момента зарождения. Атмосфера Земли образована смесью газов, называемой воздухом.(Советский энциклопедический словарь, 1988г.)

Атмосфера -- это та среда, в которой зарождается земной климат и погода со всеми их особенностями.

Атмосферный воздух, кроме постоянного состава, содержит различные вредные для природной среды примеси, концентрации которых изменяются в значительных пределах в зависимости от места поступления этих веществ в атмосферу. При этом загрязняющие атмосферу вещества могут быть в виде газов, паров или твердых частиц. По величине размеров частиц твердые выбросы подразделяются на выбросы в виде пыли (5-50 мкм) и выбросы в виде аэрозолей -- дыма и тумана (0,1-5 мкм).

Источниками загрязнения атмосферного воздуха являются природные и антропогенные процессы (источники, возникающие в результате жизнедеятельности человека). По объему природные выбросы вредных веществ могут превосходить антропогенные в несколько раз. Однако, как уже было отмечено, природные выбросы распределяются в атмосфере равномерно и образуют лишь фоновые концентрации. В то же время антропогенные выбросы образуются постоянно и имеют локальный характер, вследствие чего создают опасные концентрации вредных веществ в природной среде. Объемы выбросов загрязняющих атмосферу вредных веществ могут быть большими или сравнительно небольшими. В зависимости от этого загрязняющие атмосферу вещества подразделяются на массовые и специфические.

К массовым загрязнителям атмосферного воздуха относятся: диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и пыль. (Новиков Ю.В., 1991г.)

Диоксид серы, его свойства и источники выбросов в атмосферу

Сера является одним из распространенных элементов земной коры, ее содержание составляет 0,02% от массы Земли. Являясь биогенным элементом, сера входит в состав белковых тел. В то же время газообразные соединения серы, образующиеся в природных условиях и вследствие производственной деятельности человека, являются вредными, токсичными веществами. Среди них важное место занимает диоксид серы.

Диоксид серы SО2 представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом. Температура плавления диоксида серы составляет -75 °С, а температура кипения равна -10 °С. При обычных условиях в одном объеме воды растворяется 40 объемов диоксида серы.

Предельно допустимая концентрация диоксида серы в атмосферном воздухе составляет 0,05 мг/м3.

Диоксид серы пагубно действует на некоторые породы деревьев, в частности на хвойные. При концентрациях диоксида серы в атмосферном воздухе 0,24 млн1 начинается увядание листьев сахарной свеклы, люцерны и красной смородины.

В природных условиях диоксид серы выделяется при извержениях вулканов, гейзеров и окислении серы и ее соединений, рассеянных в Мировом океане. Общая масса природных выбросов диоксида серы составляет порядка 150 млн. т.

Выбросы диоксида серы антропогенного происхождения в основном находятся в составе дымовых газов, образующихся при сжигании сернистых топлив (мазута и угля).Ежегодно в мире в составе дымовых газов в атмосферу попадает около 140 млн. т диоксида серы, в составе отходящих газов промышленных предприятий -- порядка 10 млн. т.

В атмосферном воздухе диоксид серы под действием солнечных лучей окисляется кислородом до сернистого ангидрида, который, взаимодействуя с влагой, образует серную кислоту:

SО2 + 0.5 О2 > SО3 ,SО3 + Н2О > H2SО4

Пары серной кислоты растворяются в дождевой воде и повышают ее кислотность. Вероятность выпадения диоксида серы в виде кислотных дождей составляет 0,6, то есть 60% диоксида серы от всего количества выбросов в атмосферу. В результате таких дождей понижается урожайность зерновых, гибнут леса, в водоемах ухудшаются условия для разведения рыб.

По уровню вредного влияния на окружающую природную среду диоксид серы входит в число пяти наиболее крупнотоннажных загрязняющих веществ глобального масштаба.

При высоких концентрациях диоксида серы в воздухе в условиях высокой влажности и температуры порядка 0 °С образуется так называемый восстановительный смог, или смог лондонского типа. Механизм его образования следующий:

-- твердые частицы (летучая зола, сажа) в воздухе действуют как зародыши конденсации паров воды с образованием микрочастиц тумана;

-- диоксид серы растворяется в капельках тумана с образованием сернистой кислоты;

-- сернистая кислота окисляется в серную кислоту кислородом, растворенным в капле. Так образуется кислый, разъедающий все туман.

Оксиды азота, их некоторые свойства и источники

В природе известны следующие оксиды азота.

Оксид азота (I) N2О. Он представляет собой бесцветный газ со слабым запахом и сладковатым вкусом. Известен как «веселящий газ», выделяется из почвы при внесении азотных удобрений. Оксид азота (I) довольно хорошо растворяется в воде, однако химически с ней не взаимодействует. Он не реагирует также с кислотами и щелочами. При высоких концентрациях N2О вызывает удушье вследствие вытеснения кислорода из легких. Оксид азота (I) малотоксичен, вдыхание его в смеси с воздухом вызывает характерное состояние опьянения, сопровождающееся ослаблением болевых ощущений. Поэтому смесь оксида азота (I) с кислородом может применяться для наркоза (80% N2О и 20%О2). При температурах выше 500°С оксид азота (I) разлагается с образованием молекул азота и кислорода: 2N2О = 2N2 + О2.

Оксид азота (II) NО. Соединение двухвалентного азота с кислородом представляет собой бесцветный токсичный газ. Его ПДКс.с. = 0,06 мг/м3. Фоновые концентрации N0 достигают 7,4 мкг/м3.

Диоксид азота (IV) NО2. В обычных условиях он представляет собой газ бурого цвета, раздражающе действует на дыхательные пути. Более токсичен, чем N0, ПДКс.с. = 0,04 мг/м3. Фоновые концентрации NО2 изменяются в пределах 0,4-9,4 мкг/ м3. Один моль воды растворяет два моля диоксида азота, при этом происходит химическое взаимодействие с образованием азотной и азотистой кислот: 2NO2 + Н2О-----> НNO3 + HNО2.

Оксиды азота N0 и NО2 в атмосфере и в составе газовых выбросов всегда присутствуют вместе, и поэтому обобщенно обозначаются как NОх.

Они относятся к массовым загрязнителям атмосферы. Установлено, что даже сравнительно небольшие концентрации оксидов азота в воздухе при постоянном воздействии на организм человека вызывают неблагоприятную реакцию с гемоглобином крови. При концентрациях 1000 - 5000 мг/м3 оксид азота токсичнее диоксида азота.

Особую опасность представляет взаимодействие оксидов азота с кислородом и находящимися в воздухе углеводородами, приводящее в присутствии солнечного излучения и при температурах 20 - 25 °С к протеканию реакций.

В результате образуется фотохимический смог (смог лос-анджелесского типа), вызывающий резь в глазах, раздражающий легочную ткань и влияющий на сердечно-сосудистую систему людей.

Для озонового слоя оксиды азота представляют опасность в связи с тем, что они попадают в стратосферу. Под действием мягкого УФ-излучения Солнца, которое в стратосфере озоном почти не задерживается, диоксид азота разлагается с выделением оксида азота, а последний окисляется озоном. В результате ряда последовательных реакций одна молекула оксида азота способствует уничтожению в среднем 10 молекул озона.

В природных условиях оксиды азота образуются в количествах порядка 700 млн. т/год в результате извержений вулканов, лесных пожаров, грозовых разрядов -- молний, а также в почве и поверхностных слоях океана -- вследствие протекания анаэробных процессов. Однако такое количество оксидов азота равномерно распределяется в атмосфере и образует лишь фоновые концентрации, не представляющие опасности для растений и живых организмов.

Наиболее опасны для окружающей среды и человека оксиды азота, образующиеся в результате производственной деятельности человека.

Общая масса антропогенных выбросов оксидов азота составляет около 75 млн. т/год, то есть примерно в 10 раз меньше природных выбросов. Несмотря на это, антропогенные выбросы представляют серьезную опасность для растений и живых организмов из-за образования локальных высоких концентраций, превышающих предельно допустимые в десятки и более раз.

Антропогенные выбросы оксидов азота образуются:

-- в процессах горения топлива на тепловых электростанциях, в котельных агрегатах, двигателях внутреннего сгорания.

Ежегодно в составе дымовых газов в атмосферу выбрасывается порядка 50 млн. т оксидов азота:

-- в процессах получения и применения азотной кислоты, при производстве взрывчатых веществ, алифатических и ароматических нитросоединений, азотных удобрений, серной кислоты нитрозным способом, анилиновых красителей, вискозного волокна, травления металлов и др., а также в газовых выбросах химической промышленности, где объем оксидов азота составляет порядка 25 млн. т в год. (Снакин В. В., 2000.)

Оксид углерода, его свойства и источники

Оксид углерода является одним из сильнейших загрязнителей атмосферного воздуха, особенно в приземном слое.

Природными источниками оксида углерода являются лесные пожары, выделения океанов и неполное окисление органики. Общий объем природных выбросов составляет около 32 млн. т в год и не представляет опасности для человека и животного мира.

Основными антропогенными источниками оксида углерода являются автомобильный транспорт и тепловые электростанции. Установлено, что мировой автопарк в настоящее время насчитывает более 500 млн. автомобилей, которые ежегодно в составе выхлопных газов выбрасывают порядка 460 млн. т оксида углерода.

Кроме того, оксид углерода попадает в атмосферу в количестве более 150 млн. т ежегодно в составе дымовых газов при сжигании топлива, отходящих газов металлургической и химической промышленности.

Предельно допустимая концентрация оксида углерода составляет 1 мг/м3 воздуха, что в 20 раз больше, чем ПДК диоксида серы и оксидов азота. Однако в последние годы установлено, что постоянное действие даже небольших концентраций оксида углерода на организм человека вызывает сердечно-сосудистые заболевания, стенокардию, поражение коронарных сосудов и атеросклероз. Кроме того, он действует на нервную систему.

При содержании в воздухе больших концентраций оксида углерода уменьшается доступ кислорода к тканям человеческого организма, что вызывает кислородное голодание и смерть. Это происходит даже в том случае, если концентрация кислорода в воздухе остается неизменной.

Углеводороды и их источники

В природных условиях углеводороды поступают в атмосферу за счет разложения органики, лесных пожаров и другими путями.

Так, метан попадает в воздух из месторождений каменного угля и природного газа, а также выделяется из болот, рисовых полей, свалок и при жизнедеятельности жвачных животных. Углеводороды, входящие в состав нефти и попутного газа, выделяются при миграции нефти к поверхности Земли в виде нефтяных ключей, что имеет место в нефтяных районах Республики Татарстан.

Полагают, что ежегодно от природных источников в атмосферу поступает около 2 млрд. 600 млн. т углеводородов. К антропогенным источникам углеводородов относятся нефтяная, газовая, нефтехимическая отрасли промышленности и автомобильный транспорт. Ежегодно из этих источников в атмосферный воздух поступает более 80 млн. т углеводородов.

В атмосфере алифатические углеводороды не представляют серьезной опасности для человека, поскольку их предельно допустимая концентрация лежит в пределах 150-300 мг/м3 воздуха.

Однако метан способствует усилению парникового эффекта из-за того, что он поглощает инфракрасное излучение нагретой земной поверхности. Другие углеводороды, реагируя с озоном и диоксидом азота, образуют альдегиды, кетоны и пероксиацилнитраты, которые являются основными компонентами фотохимического смога.

Пыль и ее источники

Пыль образуется и попадает в атмосферу различными путями.Частицы природной пыли имеют органическое и неорганическое происхождение и образуются в результате разрушения и выветривания горных пород и почвы, вулканических извержений, лесных, степных и торфяных пожаров и пыльных бурь над безводными пустынями.

Количество пыли, образующееся при производственной деятельности человека, составляет 2,40 млрд. т/год. Основными источниками пыли при этом являются предприятия горнорудной, металлургической и угольной промышленности, тепловые электростанции. Так, при сжигании одной тонны каменного угля образуется 70 - 110 кг летучей золы в виде пыли.

Предельно допустимая концентрация пыли составляет 0,5 мг/м3 воздуха. Отрицательное действие пыли на природную среду вызвано физическим загрязнением ею растений, поверхности почвы и т. д. (Мухумутдинова А.А., 1998г.)

Специфические загрязнители атмосферного воздуха.

Вредные газо- и парообразные вещества, выбрасываемые в атмосферу в сравнительно небольших количествах, называются специфическими загрязнителями атмосферы. К ним относятся аммиак, бенз(а)пирен, сероводород, сероуглерод, галогены (хлор, фтор) и их соединения, пары ртути, меркаптаны, диоксины. Эти соединения обычно обнаруживаются в атмосферном воздухе около промышленных предприятий, которые либо применяют эти вещества в технологических процессах, либо они образуются при производстве других химических соединений.

Рассмотрим более подробно источники специфических загрязнителей и влияние этих загрязнителей на здоровье человека.

Аммиак (NH3). По объему выбросов аммиак занимает первое место среди специфических загрязнителей атмосферного воздуха. Он попадает в воздух в составе выбросов производства аммиака, азотной кислоты, азотных удобрений, металлургических предприятий, различных химических производств.

Аммиак представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом. Он хорошо растворяется в воде. При комнатной температуре один объем воды растворяет 700 объемов аммиака. Предельно допустимая концентрация аммиака в воздухе населенных мест не должна превышать 0,2 мг/м3. При высоких концентрациях в воздухе аммиак раздражает слизистые оболочки. Острое отравление аммиаком вызывает поражение глаз, дыхательных путей, одышку и воспаление легких.

Бенз(а)пирен. Это соединение относится к канцерогенным, ПДК бенз(а)пирена составляет всего 1 нг/м3 (1 г содержит 109 нг). Он поступает в атмосферный воздух при сжигании мазута, угля и бензина, с выбросами алюминиевых, сталеплавильных и нефтеперерабатывающих заводов.

Длительное воздействие концентраций бенз(а)пирена выше 3 нг/м3 приводит к увеличению заболеваемости раком легких среди общих групп населения.

Сероводород. Основными источниками выбросов сероводорода являются газо- и нефтеперерабатывающие производства, заводы синтетических волокон, целлюлозно-бумажные комбинаты, коксохимические производства.

Сероводород представляет собой бесцветный газ с характерным запахом тухлых яиц. При 20 °С один объем воды растворяет 2,5 объема сероводорода. Сероводород очень ядовит, его ПДК в атмосферном воздухе равна 0,008 мг/м3. Общий характер действия сероводорода на теплокровных заключается в том, что он оказывает раздражающее и удушающее действие, вызывает поражения нервной системы, дыхательных путей и глаз.

Сероуглерод. Чистый сероуглерод представляет собой легколетучую жидкость с довольно приятным запахом. Однако он обычно содержит незначительные примеси продуктов частичного разложения, сообщающие сероуглероду желтый цвет и отвратительный запах. В воде сероуглерод растворяется около 0,15% масс.

В атмосферный воздух сероуглерод попадает в составе газовых выбросов предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, коксохимических заводов и заводов по производству искусственных волокон. ПДК сероуглерода составляет 0,005 мг/м3.

Пары сероуглерода являются ядовитым газом, вызывающим

острые и хронические отравления. Вдыхание воздуха с содержанием 0,3% об. сероуглерода приводит к тяжелым заболеваниям.

Диоксины. Эти вещества обычно поступают в атмосферу:

-- при производстве органических веществ на основе ароматических соединений и хлора;

-- в составе выбросов предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий металлургической промышленности и дымовых газов мусоросжигательных заводов.

В России был утвержден норматив содержания диоксинов в атмосферном воздухе, равный 0,5 пг/м3 (1 г содержит 1012 пг). Такое низкое значение ПДК обусловлено тем, что диоксины характеризуются чрезвычайно высокой токсичностью.

Высокая опасность диоксинов заключается в том, что даже ничтожные концентрации этих веществ вызывают подавление иммунной системы у человека и ослабляют способность организма адаптироваться к условиям окружающей природной среды. Кроме того, диоксины поражают печень и пищевой тракт человеческого организма.

Хлор. ПДК хлора в атмосферном воздухе составляет 0,03 мг/м3.

Хлор и его соединения попадают в атмосферный воздух в составе выбросов производства хлорорганических соединений, целлюлозно-бумажной промышленности, где он применяется в качестве отбеливателя бумаги. Хлор также находит широкое применение для обеззараживания питьевой воды, сточных вод и вод плавательных бассейнов. Один объем воды растворяет около двух объемов газообразного хлора. (Некрасов Б.В.,1973г.)

1.3 Способы уменьшения загрязнения атмосферы.

Пассивные способы уменьшения загрязнения атмосферы

Эти способы предназначены для уменьшения вредного воздействия газообразных выбросов на растительный и животный мир. При этом абсолютное количество вредных выбросов не уменьшается, происходит только их разбавление в атмосферном воздухе и снижение опасных концентраций до уровня предельно допустимых.

Наиболее распространенными пассивными способами уменьшения вредного влияния газообразных выбросов являются следующие.

Размещение предприятий с учетом розы ветров. Ветер представляет собой движение воздуха относительно земной поверхности, вызванное неравномерным распределением атмосферного давления. Обычно такое движение воздуха направлено от высокого к низкому давлению. Ветер характеризуется скоростью (м/с, км/час) и направлением.

Проектирование и строительство промышленных предприятий осуществляется с учетом розы ветров. Она представляет собой векторную диаграмму, которая характеризует режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям.

Учет розы ветров позволяет строить промышленное предприятие так, чтобы его вредные газообразные выбросы уносились ветром в противоположном направлении от города или населенного пункта.

Создание санитарно-защитных зон в виде лесопосадок и парков. Санитарно-защитные зоны вокруг промышленных предприятий не только способствуют разбавлению вредных газообразных выбросов в воздухе, но и поглощают их.

Установлено, что 1 гектар леса в возрасте 20 - 30 лет за вегетационный период поглощает листьями 500 - 700 кг диоксида серы, 400 кг серного ангидрида, 180 кг оксидов азота, 100 кг хлора, 40 кг фтора, 20 кг фенола, задерживает до 18 т пыли. Таким образом, благодаря дыханию и автотрофному питанию, растения способны очищать значительный объем воздуха. При этом устойчивые виды растений не погибают, а накапливают и обезвреживают достаточно большое количество токсичных веществ.

Введение режимных условий работы предприятий. Режимные условия работы промышленных предприятий заключаются в следующем. В ветреную погоду производство работает на полную мощность, а в безветренную мощности производств, в которых образуются вредные выбросы, уменьшают.

Использование высоких труб. Для рассеивания вредных выбросов на большие площади используют высокие дымовые или выхлопные трубы. Известно, что дымовая труба высотой в 200 метров рассеивает вредные выбросы на площади радиусом в 25 км, тогда как трубы высотой в 250 метров увеличивают радиус площади рассеивания до 75 км.

В то же время при частом расположении дымовых труб эффект рассеивания не достигается из-за перекрывания площадей рассеивания однотипных вредных выбросов из различных труб, например, диоксида серы в составе дымовых газов в городах Западной Европы.

Расположение промышленных предприятий с учетом рельефа местности. Обычно промышленные предприятия располагаются на возвышенных местах, а населенные пункты -- в низменных, что позволяет рассеивать вредные газообразные выбросы в высоких слоях атмосферы даже с территории предприятий.

Активные способы уменьшения загрязнения атмосферы

Активные способы уменьшения загрязнения атмосферы предназначены для сокращения абсолютных количеств выбросов вредных газообразных веществ в окружающую среду. Наиболее широкое применение находят следующие активные способы:

-- строительство предприятий по проектам, прошедшим экологическую экспертизу;

-- совершенствование уже существующих технологий с повышением их экологической безопасности;

-- строгое соблюдение технологического регламента рабочими и служащими предприятий;

-- повышение экологической безопасности сырья перед его применением.;

-- строительство газоочистных установок для улавливания и последующей утилизации или обезвреживания вредных газообразных выбросов. Однако это не всегда возможно из-за того, что стоимость газоочистных установок порой достигает 70% стоимости самих предприятий;

-- создание малоотходных и безотходных технологий с газооборотным циклом.

Классификация способов очистки газовых потоков

По назначению все процессы очистки газовых потоков подразделяются на две группы: технологическую и санитарную.

Технологическая очистка газов. Целью технологической очистки газовых потоков является получение чистого газообразного сырья для производства товарной продукции.

Технологическая очистка газовых потоков также находит широкое применение в производстве синтетических каучуков и пластических масс для разделения насыщенных и ненасыщенных углеводородов. Аппараты или установка для технологической очистки газов располагаются в основной технологической линии либо в начале ее, либо в середине.

Санитарная очистка газов. Она предназначена для уменьшения содержания вредных пылевидных, газообразных и парообразных веществ в газовых потоках, выбрасываемых в атмосферу. Процессы санитарной очистки газовых потоков широко применяются в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Наиболее типичные примеры использования санитарной очистки газов -- это улавливание летучей золы, диоксида серы и оксидов азота из дымовых газов тепловых электростанций, оксидов азота в производстве азотной кислоты, диоксида серы в производстве серной кислоты.

По принципу действия способы очистки и обезвреживания газовых выбросов от вредных примесей подразделяются на: физические; физико-химические; термические и термокаталитические.

Эти способы получили широкое распространение во всех отраслях промышленного производства и потребления как при технологической, так и санитарной очистке газов. Поэтому рассмотрим их в отдельности более подробно. ( Мухумутдинова А.А.,1998г.)

1.4 Методы контроля за состоянием атмосферы

Мониторинг - в точном смысле слова - означает наблюдение (слежение) за состоянием среды с целью обнаружения изменения этого состояния, их динамики, быстроты и направления. Получаемые в результате длительных наблюдений и многочисленных анализов сводные данные позволяют прогнозировать экологическую обстановку на ряд лет вперед и принимать меры для устранения неблагоприятных воздействий и явлений. Этой работой профессионально занимаются специальные организации - биосферные заповедники, санэпидемстанции, экологические стационары и другие.

В системе мониторинга различают три уровня: санитарно-токсикологический, экологический и биосферный. В настоящее время более или менее развита система санитарно-токсикологического мониторинга. Она включает в себя наблюдение за состоянием окружающей среды, степенью загрязнения природных объектов вредными веществами, за влиянием этих загрязнителей на человека, животный и растительный мир.

В качестве наиболее распространенных и опасных были выявлены восемь категорий загрязнителей: 1 - взвешенные вещества, они могут переносить другие загрязнители, растворенные в них или адсорбированные на поверхности частиц; 2 - углеводороды и другие летучие органические соединения; 3 - угарный газ (СО); 4 - оксиды азота (NOX); 5 - оксиды серы, в основном диоксид (SO2); 6 - свинец и другие тяжелые металлы; 7 - озон и другие фотохимические окислители; 8 - кислоты, в основном серная и азотная.

Контроль за состоянием атмосферного воздуха включает в себя изучение источников загрязнения, исследование химических и фотохимических превращений загрязняющих веществ, выявление наиболее токсичных веществ, изучение распространения загрязнителей с воздушными потоками, отбор и анализ загрязнителей.

Основным способом отбора воздуха является аспирационный способ, при котором воздух прогоняется через сорбционное устройство (поглотительный сосуд, концентрационная трубка, фильтр) с учетом расхода воздуха с определенной скоростью.

При исследовании атмосферных загрязнений определяют как максимально разовые, так и среднесуточные концентрации. Метод измерения концентрации вредных веществ должен обеспечивать определение их на уровне 0,8 ПДК с суммарной погрешностью ±25% и отбором пробы воздуха от 20 до 30 мин при определении максимально разовой концентрации, а также круглосуточный отбор пробы при определении среднесуточной концентрации.

Наблюдение за загрязнением атмосферы проводится на стационарных, маршрутных и передвижных постах. (А.И. Федорова , 2003.)

Комитет экспертов Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) разработал сводку допустимых уровней загрязнения, то есть осредненного предельного содержания в воздухе тех или иных примесей -- среднегодовых, среднесуточных, среднепериодических. В соответствии с ними в виде установленных нормативов качества воздуха применяются:

-- ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ);

-- ориентировочные допустимые концентрации (ОДК). Так, среднегодовые ОБУВ для диоксида серы составляют 0,06 мг/м3.

В то же время основным показателем контроля качества атмосферного воздуха являются предельно допустимые концентрации вредных веществ (ПДК).На практике обычно используют три типа ПДК: в воздухе рабочей зоны, в атмосферном воздухе населенного пункта и максимально разовую.

ПДКр з -- это такая максимальная концентрация вредного вещества, которая при ежедневной работе в течение 8 часов (но не более 41 часа в неделю) всего рабочего стажа не может вызвать заболевания или отклонения в состоянии здоровья в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Под рабочей зоной понимают пространство высотой до 2 метров над уровнем пола или площадки, на которой находятся рабочие места.

ПДКс с -- это средне суточная концентрация загрязняющего вещества в атмосфере.

ПДКм р -- это максимальное количество вредных выбросов в атмосферу в течение 30 минут, которое не приводит к превышению их концентрации в населенном пункте среднесуточной предельно допустимой концентрации.

Минимальное значение ПДКсс объясняется тем, что в населенном пункте проживают и малолетние дети, и старики, и больные, которые могут пострадать даже от незначительных концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе. (Успенский С.В. 1992 г.)

1.5 Современные методы очистки выбросов

Промышленные абсорбционные установки. При очистке газовых потоков от вредных веществ абсорбционные процессы применяются в тех случаях, когда концентрация абсорбируемого вещества в газовом потоке довольно высокая и когда газовый поток обладает большим объемом.

Примерами абсорбционной очистки газовых потоков от вредных примесей являются очистка отходящих газов металлургических предприятий от диоксида серы, хвостовых газов заводов по производству азотной кислоты от оксидов азота, дымовых газов тепловых электростанций от диоксида серы и оксидов азота, природного газа от сероводорода.

Процессы абсорбции наиболее эффективно происходят при низких температурах. При этом вредные примеси газового потока поглощаются абсорбентом и взаимодействуют с его активным компонентом, образуя химические соединения, легко разлагающиеся при нагревании. Следовательно, нагревание приводит к противоположному процессу -- выделению поглощенного газа из абсорбента.

Выделение примеси из насыщенного абсорбента путем его нагрева или каким-то другим способом (например уменьшением давления) называется десорбцией.

Возможность выделения поглощенного газа из абсорбента путем повышения температуры позволяет использовать один и тот же абсорбент многократно в замкнутом цикле. При этом абсорбент после выделения из него поглощенного газа называется регенерированным абсорбентом. В нем остается очень малое количество поглощенного газа, поэтому регенерированный абсорбент обладает практически такой же поглотительной способностью, как и свежий абсорбент.

Абсорбция представляет собой наиболее распространенный способ очистки газовых потоков. Процесс абсорбции проводится в вертикальных аппаратах -- абсорберах, которые наполняются так называемыми насадками, позволяющими создавать развитую поверхность контакта абсорбента с газовым потоком, движущимся в противоположном направлении.

Адсорбционные установки, применяемые в промышленности. Адсорбционные процессы осуществляются в горизонтальных или вертикальных аппаратах-адсорберах, в которых располагается слой адсорбента толщиной не более 0,8 м. Такие адсорберы находят широкое применение при рекуперации летучих растворителей и паров других легколетучих органических веществ.

Цеолиты используются при осушке газовых потоков и для улавливания химически активных газов, таких как диоксид азота. Молекулы вредных газов и паров в порах адсорбента под действием адсорбционных сил конденсируются и переходят в жидкое состояние подобно конденсации паров воды на холодной поверхности. Это приводит к заполнению микропор и насыщению адсорбента. В момент насыщения адсорбент имеет максимальную адсорбционную емкость.

Для активированных углей адсорбционная емкость составляет 12 - 14% от массы адсорбента, для остальных адсорбентов -- от 6 до 8%. Это означает, что 100 кг активированного угля способно поглотить 12 - 14 кг вредных паров или газов, тогда как такое же количество других адсорбентов, например, силикагелей, алюмогелей и цеолитов, -- не более 6 - 8 кг. После насыщения адсорбента -- заполнения пор поглощаемым веществом -- его продувают насыщенным водяным паром или горячим воздухом. При этом конденсированное на поверхности пор вещество снова переходит в газообразное состояние и вместе с продувочным паром или воздухом удаляется из адсорбера. Такой процесс называется десорбцией.

Выделение десорбированного газа из смеси с водяным паром происходит в специальных аппаратах-холодильниках, где водяной пар превращается в конденсат. Если при этом происходит также конденсация десорбированного газа или пара органического вещества, не смешивающегося с водой, то их разделяют в сепараторах путем расслаивания.

Мембранные процессы очистки газовых потоков

В последние годы для очистки газовых потоков от примесей начали использовать мембранные процессы.

Мембраны представляют собой тонкие полимерные пленки (толщина несколько десятков мкм), полученные на основе поливинилхлорида, полиэтилена, полиамида и других полимеров. Мембранные процессы основаны на селективном (выборочном) разделении газов, различающихся по величине объема молекул. Такие мембраны имеют поры, соизмеримые с размерами молекул газов, проходящих через мембрану. Газ, который проходит через мембрану, называется фильтратом, а смесь газов, остающаяся над мембраной, называется концентратом.

В отличие от механического фильтрования мембранные процессы зависят от многих физико-химических факторов, таких как интенсивность межмолекулярных взаимодействий между мембраной и молекулами фильтрата, скорость удаления концентрата над мембраной, разность концентраций примесей в концентрате и фильтрате.

В промышленности мембранное разделение газов применяется для очистки газообразного водорода от примесей в производстве аммиака, при очистке газовых потоков от диоксида углерода, сероводорода и диоксида серы.

Перспективы применения мембранного разделения газовых потоков в народном хозяйстве определяются прежде всего простотой аппаратурного оформления процесса, отсутствием реагентов, длительной работой газоразделительных мембран (5-10 лет), экономичностью и возможностью полной автоматизации мембранных установок. (Мухутдинова А.А. , 1998.)

2. Материалы и методы

Проанализировал данные представленные предприятием ЗАО «Челны Хлеб».С целью выполнения работы была произведена статистическая обработка материалов предприятия по выбросам в атмосферу.

Методика расчета ПДВ.

1. Установление ПДВ производится с применением методов расчета загрязнения атмосферы промышленными выбросами и с учетом перспективы развития предприятий, физико-географических и климатических условий местности, расположения промышленных площадок и участков существующей и проектируемой жилой застройки, санаториев, зон отдыха городов, взаимного расположения промышленных площадок и селитебных территорий.

2. ПДВ (г/с) устанавливаются для условий полной нагрузки технологического и газоочистного оборудования и их нормальной работы. ПДВ не должны превышаться в любой 20-и минутный период времени.

3. ПДВ устанавливаются для каждого отдельного источника выброса. Для мелких источников целесообразно установление единых ПДВ от их совокупностей, с предварительным объединением группы источников в более мощный площадной или условный точечный источник. Неорганизованные выбросы всего предприятия или отдельных участков его промплощадки сводятся к площадным источникам или к совокупности условных точечных источников.

4. Наряду с ПДВ для одиночных источников устанавливаются ПДВ для предприятия в целом. При постоянстве выбросов они находятся как сумма ПДВ от одиночных источников и групп мелких источников. При непостоянстве во времени выбросов от отдельных источников ПДВ предприятия соответствует максимально возможному суммарному выбросу от всех источников предприятия при нормальной работе технологического и газоочистного оборудования.

5. ПДВ определяются для каждого вещества отдельно, в том числе и в случаях учета суммации вредного действия нескольких веществ.

6. При установлении ПДВ учитываются фоновые концентрации сф.

7. Значение ПДВ (г/с) для одиночного источника с круглым устьем в случаях сф< ПДК определяется по формуле:

ПДВ = (ПДК - сф) Н2/AFmn? 3?V1?T (1.1)

где:

Н (м) - высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчетах принимается Н=2м);

А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса;

?- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, ?=1);

?T (оС) - разность между температурой выбрасываемой газо-воздушной смеси и температурой окружающей среды;

V1 (м3/с) - расход газо-воздушной смеси, определяемый по формуле:

V1 = ?o?D2/4 (1.2)

где: ?o (м/с) - средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса;

D (м) - диаметр устья источника выброса.

8. При наличии группы из нескольких источников выбросов значения ПДВ (ПДВ1, ПДВ2 , ..... ПДВN) для каждого (i-го) источника находится по формуле: ПДВi=Мi, где Мi (М1, М2, ... МN) - такие значения выбросов от каждого источника, которые приняты при расчетах загрязнения атмосферы от всей совокупности источников и при которых максимальная суммарная концентрация в атмосфере при неблагоприятных метеорологических условиях не превышает ПДК - сф или 0,8 ПДК - сф на территориях, подлежащих особой охране.

9. Наряду с максимальными разовыми ПДВ (г/с) устанавливаются годовые значения ПДВг (т/год) для отдельных источников и предприятия в целом.

ПДВг (т/год) = ПДВ(г/с) * 3,156

10. Для действующих предприятий, если в воздухе городов или других населенных пунктов концентрации вредных веществ превышают ПДК, а значения ПДВ в настоящее время не могут быть достигнуты, то по согласованию с органами Министерства охраны природы и Минздрава предусматривается поэтапное, с указанием длительности каждого этапа, снижение выбросов вредных веществ до значений ПДВ, обеспечивающих достижение ПДК, или до полного предотвращения выбросов. На каждом этапе до обеспечения значений ПДВ устанавливаются временно согласованные выбросы вредных веществ (ВСВ) с учетом значений выбросов предприятий с наилучшей (в части охраны окружающей среды) достигнутой технологией производства, аналогичных по мощности и технологическим процессам. При установлении ВСВ следует пользоваться теми же приемами расчета, что и при установлении ПДВ.

2.3 Методика составления розы ветров

С целью изучения рассеивания выбросов предприятия была составлена карта розы ветров со следующей методикой:

Для представления режима ветра в данном месте (обычно по данным для месяца, сезона или года), строят розу ветров. Это диаграмма, которая представляет собой кружок, от центра которого расходятся лучи по основным румбам (направлениям) горизонта. Разделяется окружность на 16 румбов через 22,5 . Главными называют направления на север (С, N), юг (K),S), восток (В,Е), запад (3,W). Названия 12 других являются комбинациями названий главных румбов, например, северо-восток (СВ) и т.д. Внутри круга цифрами указывается повторяемость штилей, а длины лучей пропорциональны повторяемости ветров данного направления. Если штили не учитываются - кружок заменяют точкой. Концы лучей обычно, но не всегда соединяют ломаной линией. Можно принять в расчет скорость ветра и умножить повторяемость каждого направления на среднюю скорость ветров этого направления; тогда произведения будут пропорциональны путям, пройденным воздухом при каждом из направлений ветра; их также можно выразить в процентах общей суммы и построить по ним розу ветров. Можно строить розу ветров специального характера; например, можно откладывать по лучам температуры воздуха, соответствующие данным направления ветра (термическая роза ветров), или количество осадков при ветрах разных направлений и т.д.

3. Результаты и их обсуждение

3.1 Характеристика производственной деятельности предприятия, ЗАО «Челны Хлеб»

ЗАО "Челны - Хлеб" является производителем хлебобулочной и кондитерской продукции в г. Набережные Челны. Булочно-кондитерский комбинат (БКК) расположен в промышленной зоне к востоку от г.Набережные Челны, хлебокомбинат расположен в южной части города Набережные Челны, в посёлке Сидоровка.

ЗАО “Челны-Хлеб” представляет собой динамично развивающееся предприятие с более чем 30-летним опытом в хлебопекарной промышленности. ЗАО “Челны-Хлеб” сегодня это:

стабильное производство хлебобулочных и кондитерских изделий

использование только современного оборудования

четкая структура управления

гибкая и надежная система доставки продукции

всегда высокое качество и постоянно расширяющий ассортимент продукции

развитая социальная сфера.

В состав предприятия входят два крупных подразделения:

- Хлебокомбинат, расположенный в пос. Сидоровка;

- Булочно-кондитерский комбинат, находящийся на Промкомзоне г. Набережные Челны.

Акционерное общество “Челны-Хлеб” выпускает более 450 наименований хлебобулочных и кондитерских изделий, расширяется ассортимент, увеличивается объем выпускаемой продукции. За текущий год в среднем в месяц производилось:

3000 тонн хлебобулочных изделий

около 350 тонн кондитерских изделий

около 15 тонн кукурузных палочек

150 тонн тортов.

При этом ассортимент хлебобулочных изделий, включает около 100 наименований. Ассортимент кондитерских изделий:

пряники - более 20 наименований

торты - более 120 наименований из слоеного, воздушного, песочного и медового полуфабрикатов

пастильные и сахаристые изделия - 23 вида

вафли - 18 наименований

печенье - 13 видов

а также пирожные, рулеты, кексы, сухари, чак-чак, халва.