Л.И. Егоренков, Б.И. Кочуров
Геоэкология
Учебное пособие. – М.: Финансы и статистика, 2005. - 320 с.
Глава 2. Антропогенное преобразование ландшафтов (геосистем)
2.3. Природные и антропогенные источники загрязнения
В природоохранной практике необходимо учитывать не только
антропогенные источники загрязнения (обусловленные сознательной деятельностью
человека), но и природные. При этом вследствие загрязнения воздуха природными
источниками сокращение промышленных выбросов не всегда может дать требуемый положительный
эффект.
Следует подчеркнуть, что если выбросы от антропогенных
источников оценивают уже давно (в США с 1900 г.), то выбросы от природных
источников начали оценивать сравнительно недавно.
К природным источникам биогенного характера относятся растения
и микроорганизмы, выделяющие различные химические соединения.
К природным источникам небиогенного характера относятся
геотермальные источники, грозовые разряды и молнии, процессы природного
горения, водные и почвенные аэрозоля (переносимые массами атмосферного
воздуха).
При этом в атмосферу попадают твердые и газообразные
вещества, которые относят к непостоянным примесям, переменным составным частям
атмосферного воздуха.
К непостоянным примесям природного происхождения относят:
водяной пар, озон, оксиды азота, аммиак, диоксид серы, фторид и хлорид
водорода, сероводород и взвешенные частицы. На долю примесей природного
происхождения приходится около 50% соединений серы, 93% оксида углерода, 98%
оксида азота и 87% реактивных углеводородов.
Водяной пар содержится в атмосфере в концентрации 1-3%,
причем основная его масса сосредоточена в слое атмосферы от 0 до 6 км. И хотя
водяной пар в настоящее время не считают загрязнителем, однако при его
поступлении в больших количествах возможно изменение температуры атмосферы.
Озон является одним из наиболее опасных компонентов, который
активно вовлекается в окислительные процессы и является сильным фитотоксином. В
нижнем атмосферном слое он образуется в фотохимических процессах с участием
соединений, а также и при электрических разрядах. Наиболее высокие его
концентрации наблюдаются в промышленных районах и высокогорных областях.
Основное его количество распределяется в слое атмосферы на высоте 25-40 км.
Аммиак поступает в атмосферу в результате распада
органических азотосодержащих веществ и может присутствовать в воздухе вдали от
населенных пунктов в концентрации 0,003-0,005 мг/м3.
Взвешенные частицы природного происхождения представляют
собой солевые частицы морской воды, почвы, растений, метеорной пыли, спор бактерий
и цветочной пыльцы.
Серосодержащие соединения образуются в естественных Условиях
в результате деятельности растений, живых организмов, при вулканической и
геотермальной деятельности.
Образующиеся в результате жизнедеятельности растений
Ненасыщенные углеводороды (в основном изопрены и терпены) крайне
реакционноспособны в атмосферных окислительных процессах и быстро превращаются
в активные частицы - свободные радикалы.
При извержениях вулканов в выделяющихся серосодержащих
соединениях преобладает диоксид серы. В меньшем количестве в атмосферу
поступают сероводород, карбонилсульфид, сульфаты в виде аэрозолей и твердых
частиц. В мире ежегодно в результате вулканической деятельности выделяется 4
-16 млн т сернистых соединений.
Сероводород поступает в атмосферу в результате просачивания
серосодержащего природного газа, жизнедеятельности бактерий, деятельности
вулканов и геотермальных источников. В Мировом океане обнаружено только одно
соединение, содержащее серу, - диметилсульфид. Распределение его в поверхностном
слое вод Мирового океана аналогично распределению хлорофилла. Однако биогенные
механизмы его образования пока не выяснены.
Более важную роль по сравнению с источниками серосодержащих
соединений играют природные источники оксидов азота. Природными источниками
оксидов азота являются грозовые разряды и молнии, а также биогенные выделения
(в виде продуктов жизнедеятельности бактерий).
Общее количество оксидов азота из природных источников
оценивается в 450 млн т/год.
Летучие органические соединения, в отличие от оксидов серы и
азота, поступают в атмосферу главным образом из природных источников (65% от
общего количества). Основной природный источник этих веществ - растения, в
результате жизнедеятельности которых образуются непредельные соединения
(терпеновые углеводороды и производные изопрена). Они активно участвуют в
химических реакциях, протекающих в атмосфере, способны взаимодействовать с
озоном и гидроксильными радикалами, инициируют химические реакции, в результате
которых образуется целый ряд продуктов. Из природных источников выделяется
более 90% летучих органических соединений. Количество их возрастает при
повышении температуры и интенсивности солнечного освещения (летом их
значительно больше, чем зимой).
По количеству выбросов природные источники в ряде случаев
сопоставимы с антропогенными. Так, исследователями в США установлено, что из
природных источников в атмосферу поступает около 35 млн т летучих органических
соединений, тогда как выбросы этих соединений из антропогенных источников
составляют 21 млн т [12]. Причем главными их поставщиками являются хвойные
породы леса.
И, тем не менее, примеси природного происхождения обычно
рассредоточены в пространстве, перемешиваются в воздухе и рассеиваются, как
правило, нейтрализуются в процессе естественного самоочищения атмосферы.
Более опасны примеси антропогенного происхождения. Они
характеризуются большой сосредоточенностью в пространстве, неоднородностью по
составу и неравномерностью распределения. Загрязнения антропогенного
происхождения наблюдаются в густонаселенных районах, содержат много веществ,
отрицательно влияющих на здоровье человека, предметы материального
производства, растительный и животный мир.
Основными источниками загрязнения антропогенного
происхождения являются тепловые электростанции (29% всех загрязнений),
предприятия черной и цветной металлургии (соответственно 24 и 10,5%),
нефтехимической промышленности (15,5%), строительных материалов (8,1%),
химической промышленности (1,3%), автотранспорта (13,3%) и другие. Причем в
крупных городах доля выбросов загрязняющих веществ автотранспортом достигает
60-80 % и более.
Неотъемлемыми компонентами техногенных выбросов являются
диоксид серы, оксид углерода и пыль (табл. 2.3).
Процессы горения играют важную роль в образовании
загрязнений атмосферы; основные продукты сгорания топлива - диоксид и окись
углерода. В результате окисления примесей, содержащихся в топливе, образуются
также оксиды серы и азота. Более 58% выбросов диоксида серы образуется в
результате функционирования тепловых электростанций.
Черная металлургия является также источником выбросов оксида
углерода, марганца, небольших количеств соединений мышьяка, фосфора, сурьмы,
свинца, паров ртути и др.
Таблица 2.3. Выбросы пыли и диоксида серы в атмосферу различными
предприятиями, %
Предприятия
|
Пыль
|
Диоксид серы
|
Тепловые электростанции
|
42,5
|
58,6
|
Предприятия черной металлургии
|
25,6
|
17,6
|
Предприятия цветной металлургии
|
2,8
|
18,5
|
Предприятия промышленности строительных материалов
|
27,4
|
|
Предприятия химической и нефтеперерабатывающей промышленности
|
1,7
|
5,3
|
Нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая
промышленность являются источником таких загрязнений, как углеводороды, кислые
примеси, твердые частицы.
Химическая промышленность - источник пыли от неорганических
производств, сероуглерода, хлористых соединений и др.
Угольная промышленность выбрасывает в атмосферу диоксид
серы, оксид углерода, продукты возгонки смолистых веществ.
В выхлопных газах автомобилей содержатся оксид углерода,
оксиды азота, различные углеводороды, альдегиды, соединения свинца и др. Один
автомобиль в среднем ежегодно поглощает 4 т кислорода и выбрасывает с
выхлопными газами около 800 кг оксида углерода, 40 кг оксидов азота и 200 кг
углеводородов.
Загрязнителями воздуха являются также сельскохозяйственные
объекты (животноводческие, птицеводческие, энергетические и тепловые). Основной
и опасный загрязнитель в процессе сельскохозяйственного производства -
пестициды.
Источником выбросов кислых компонентов (оксидов и диоксидов
углерода, диоксида серы, оксидов азота, сероводорода) являются продукты
сжигания мусора и отходов.
Выброс в атмосферу кислых продуктов обусловлен, прежде
всего, процессами горения, которые характерны для нефтеперерабатывающей и
нефтехимической промышленности. При сгорании топлива происходит окисление
соединений углерода и водорода, основных компонентов топлива, с выделением
углекислого газа и водяного пара. При недостатке кислорода происходит неполное
окисление.
С + ½ О2 -> СО+111 МДж/моль.
Часть образующегося диоксида углерода может вступать в реакцию
с углеродом с образованием оксида
С + СО2 -> 2СО - 172 МДж/моль.
Таким образом, обедненная смесь топливо-воздух приводит к
образованию оксида углерода. Продукты неполного сгорания нефти или угля в виде
летучих органических соединений являются компонентами дыма и загрязняют
атмосферу.
Примеси, содержащиеся в топливе, также способствуют
образованию побочных продуктов и сгорают с образованием диоксидов серы и азота.
S+О2 -> SО2;
N+O2 -> NO2.
В меньшей степени протекает дальнейшее окисление.
SО2+O -> SО3;
SО2 + ½ О3 -> SO3+85
МДж.
В результате окисления азота, содержащегося в топливе, и
атмосферного азота выделяется также оксид азота.
N2 + O -> NO + N - 315 МДж/моль;
N + О2 -> NО + О + 133 МДж/моль.
При высоких температурах в пламени образуются оксиды азота
из активных атомов азота и кислорода, а также гидроксильных радикалов. Выбросы
в атмосферу оксидов азота из антропогенных источников составляют почти 50 млн т
в год.
А. В. Дончевой и С. Г. Покровским (1999) была построена
классификация отраслей промышленности по их экологической опасности для
природной среды с использованием индекса экологической опасности, рассчитанной
по отношению к валовой продукции и к численности промышленно-производственного
персонала (табл. 2.4).
Таблица 2.4. Классификация отраслей промышленности по экологической
опасности для природной среды[7]
Отрасли промышленности
|
Индекс экологической опасности, рассчитанный по отношению к валовой
продукции
|
Цветная металлургия, микробиологическая
|
Иэ>10,1
|
Химическая, нефтехимическая, черная металлургия, теплоэнергетика
|
Rэ= 5,1 -10,0
|
Лесная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная, топливная
|
Rэ= 1,1 -5,0
|
Строительных материалов, пищевая, машиностроение и
металлообработка, легкая промышленность
|
Rэ= 0,05-1,0
|
[7]
Дончева А. В., Покровский С. Г. Основы экологических технологий производства. -
М.: Изд-во МГУ, 1999. - С. 107.
|