Джерела та екологічні наслідки забруднення атмосфери

Атмосферне повітря — це природна суміш газів при­земного шару атмосфери, що склалася в ході еволюції Землі.

Товщина повітряної оболонки, яка оточує земну кулю, не мен­ше тисячі кілометрів, це майже чверть земного радіуса.

Атмосфера, крім того, надійно оберігає людину від численних небезпек, що загрожують їй з космосу: затримує метеорити, за­хищає землю від перегріву, відміряє сонячну енергію в необхід­ній кількості, нівелює перепад добових температур.

Газова оболонка охороняє Землю від надмірного охолодження і нагрівання. Завдяки їй на Землі не буває різких перепадів від морозів до спеки і навпаки. Якби Земля не була оточена повітря­ною оболонкою, то протягом тільки однієї доби амплітуда коли­вань температури досягала б 200^oC: удень стояла б сильна жара (більше IOO⁰C), а вночі мороз (-100^oC). Ще більша різниця була б між зимовими і літніми температурами. Саме завдяки атмосфері середня температура на Землі складає близько 15⁰C.

Газова оболонка рятує все живе на Землі від згубних ультра­фіолетових, рентгенівських і космічних променів. Верхні шари атмосфери частково поглинають, частково розсіюють ці промені.

Велике значення атмосфери й у розподілі світла. Повітря атмо­сфери розбиває сонячні промені на мільйон дрібних променів, роз­сіює їх і створює те рівномірне освітлення, до якого ми звикли.

Атмосфера є середовищем, у якому поширюються звуки. Без повітря на Землі панувала б тиша, неможлива була б людська мова.

Атмосферне повітря — невичерпний ресурс.

Атмосферне повітря забруднюється шляхом привнесення в нього або утворення в ньому забруднювальних речовин у кон­центраціях, що перевищують нормативи якості або рівня приро­дного вмісту.

Забруднювальні речовини — домішки в атмосферному повіт­рі, які чинять при певних концентраціях несприятливий вплив на здоров’я людини, рослинний і тваринний світ та інші компоненти навколишнього природного середовища або спричиняють збитки матеріальним цінностям.

Основні антропогенні джерела забруднення атмосфери:

• теплове та енергетичне устаткування, промислові підпри­ємства;

• сільське господарство, транспорт.

До атмосфери надходять газоподібні речовини. Під час пере­бування в атмосфері їхні температура, властивості й стан можуть істотно змінюватися. Ці зміни проявляються у вигляді випадання в осад важких фракцій, розпаду на компоненти, хімічних і фото­хімічних реакцій. Внаслідок цього в атмосфері можуть утворюва­тися компоненти, властивості й поведінка яких не завжди відпо­відатиме вихідним даним.

Україна відзначається значним забрудненням атмосфери, особ­ливо в промислово розвинутих областях. У 2001 році на душу населення припадало 83,3 кг шкідливих речовин, викинутих в атмосферу, тоді як у 1990 році — 299,7 кг. Істотне зменшення викидів в атмосферу України, що спостерігається останнього де­сятиріччя (табл. 4.1), зумовлене припиненням або істотним зни­женням обсягів роботи багатьох промислових підприємств.

Територіальні відміни в забрудненні атмосферного повітря зображено на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Забрудненість атмосферного повітря

Чорна металургія. Процеси виплавки чавуну і переробки йо­го на сталь супроводжуються викидом в атмосферу різних газів. Викид пилюки в розрахунку на 1 т придатного чавуну складає 4,5 кг, сірчистого газу — 2,7 кг, марганцю — 0,1—0,6 кг.

Більшість сучасних заводів чорної металургії мають цехи кок­сування вугілля і відділення переробки коксового газу. Коксохі­мічні виробництва забруднюють атмосферне повітря пилом і су­мішшю летких сполучень. У деяких випадках, наприклад, коли порушується режим роботи, в атмосферу викидається значна кі­лькість неочищеного коксового газу.

Забруднення повітря пилом при коксуванні вугілля проходить, коли підготовляється шихта та завантажується в коксові печі, ви­вантажується кокс у вагони для охолодження, а також при мок­рому гашенні коксу. Останній процес супроводжується ще й ви­кидом в атмосферу речовин, які входять до складу води, що використовується.

Промислові аварії в цій галузі приводять до загострення еко­логічної ситуації в регіоні. Будівництво об’єктів великої потуж­ності при недостатньому вирішенні проблем аспірації, вентиля­ції, газоочистки призводить до постійних аварійних викидів в атмосферу значної кількості шкідливих речовин.

Таблиця 4.1

ВИКИДИ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН В АТМОСФЕРНЕ ПОВІТРЯ ВІД СТАЦІОНАРНИХ ДЖЕРЕЛ ТА АВТОТРАНСПОРТУ В АВТОНОМНІЙ РЕСПУБЛІЦІ КРИМ І ОБЛАСТЯХ *

Закінчення табл.

• Довкілля України. Стат, збірник. K.: Державний комітет статистики України, 2002. — С. 28.

** Без урахування викидів автотранспорту.

До наслідків антропогенного впливу на атмосферу належать:

• підвищення концентрації CO та СОг;

• надходження до атмосфери сполук сірки;

• надходження фреонів, сполук азоту, хлору і фтору;

• надходження додаткового тепла в атмосферу.

Зараз в атмосфері вміст СОг порівняно невеликий — 0,033 % від загального її обсягу. Загальний обсяг СО2, що надходить в атмосферу, становить 5—IO¹⁵ г вуглецю на рік. В атмосфері ли­шається лише половина цієї кількості, ЗО % розчиняється у водах Світового океану, 20 % засвоюється біотою Землі. Систематичні спостереження за СОг в атмосфері Землі за допомогою надійних приладів було розпочато наприкінці 50-х років XX ст.

Нині більше 10 станцій ведуть спостереження за концентраці­єю СОг- За останні 25 років його вміст зріс на 8,9 %, а за 100 ро­ків — на 20 %.

Збільшення СОг в атмосфері зумовлено двома причинами:

1) вирубуванням лісів;

2) збільшенням викидів СО2 через згоряння палива.

Кольорова металургія. Шкідливі речовини утворюються при виробництві глинозему, алюмінію, міді, свинцю, олова, цинку, нікелю й інших металів у печах (для спікання, виплавки, опалю­вання, індукції й ін.), на устаткуванні для подрібнення та розме­лу, у конвертерах, місцях навантаження, вивантаження і пересил­ки матеріалів, у сушильних агрегатах, на відкритих складах. В основному підприємства кольорової металургії забруднюють атмосферне повітря сірчастим ангідридом (75 % сумарного вики­ду в атмосферу), окисом вуглецю (10,5 %) і пилом (10,4 %).

Хімічна і нафтохімічна промисловість. Викиди в атмосферу в хімічній промисловості відбуваються при виробництві кислот, гумовотехнічних виробів, фосфору, пластичних мас, барвників і миючих засобів, штучного каучуку, мінеральних добрив, розчин­ників, крекінгу нафти.

Розмаїтістю вихідної сировини для виробництва визначається склад забруднювальних речовин. У викидах міститься аміак (3,7 %), бензин (3,3 %), сірковуглець (2,5 %), сірководень (0,6 %), толуол (1,2 %), ацетон (0,95 %), бензол (0,7 %), ксилол (0,3 %), дихлоретан (0,6 %), етилацетат (0,5 %), сірчана кислота (0,3 %).

Вирішення екологічної проблеми у галузі ускладнено експлу­атацією морально і фізично застарілого обладнання. Слід зазна­чити, що в останні роки викиди в атмосферу забруднювальних речовин підприємствами галузі різко знизилися. Однак відбулося це не тому, що були проведені ефективні природоохоронні захо­ди, а через спад виробництва.

Підприємства нафтопереробної промисловості забруднюють атмосферу викидами вуглеводнів (23 % від сумарного викиду), сір- частого газу (16,6 %), оксиду вуглецю (7,3 %), оксидів азоту (2 %).

Особливу екологічну небезпеку становить розробка родовищ нафти і газу з підвищеним вмістом сірководню.

Промисловість будівельних матеріалів. Виробництво цемен­ту й інших в’язких, стінових матеріалів, азбестоцементних виро-

бів, будівельного і технічного скла супроводжується викидами в атмосферу пилу і завислих речовин (57,1 % від сумарного вики­ду), оксиду вуглецю (21,4 %), сірчастого ангідриду (10,8 %) і ок­сидів азоту (9 %). Крім того, у викидах присутні сірководень (0,03 %), формальдегід (0,02 %), толуол (0,02 %), бензол (0,01 %), п’ятиокис ванадію (0,01 %), ксилол (0,01 %). Навколо заводів, що виробляють цемент, азбест і інші будівельні матеріали, утвори­лися зони з підвищеним утриманням в повітрі бензопірена, пилу, у тому числі цементного, та інших шкідливих речовин.

Деревообробна та целюлозно-паперова промисловість. Ха­рактерними забруднювальними речовинами, що виробляються цими підприємствами, є тверді речовини (29,8 % сумарного ви­киду в атмосферу), оксид вуглецю (28,2 %), сірчастий ангідрид (26,7 %), оксид азоту (7,9 %), толуол (1 %), сірководень (0,9 %), ацетон (0,5 %), ксилол (0,45 %), бутилацетат (0,4 %), етилацетат (0,4 %), метилмеркаптан (0,2 %), формальдегід (0,1 %).

В сільській місцевості джерелом забруднення атмосферного повітря є тваринницькі та птахівницькі господарства, м’ясопере- робні та молокопереробні підприємства. Над територіями, які при­микають до приміщень, де утримуються тварини та птиця, в атмо­сферному повітрі розповсюджуються на значні відстані аміак, сірководень та інші гази з неприємним запахом.

У рослинницьких господарствах атмосферне повітря забруд­нюється мінеральними добривами, пестицидами при протравлю­ванні полів та насіння на складах.

Смог (суміш диму та туману) — часте явище у великих міс­тах. Сам по собі туман небезпечний для людського організму, згубним він стає, якщо надто забруднений токсичними домішка­ми. Смог спостерігається лише в осінньо-зимовий період (з жовт­ня по лютий). Головну небезпеку становлять сірчастий газ, що міститься в ньому, у концентрації 5—10 г/м³ і вище.

5 грудня 1952 р. над всієї Англією виникла хвиля високого тиску і протягом декількох днів не відчувалося ні найменшого подуву вітру. Однак трагедія сталася тільки в Лондоні, де був високий ступінь забруднення атмосфери, — за три-чотири дні там загинуло понад 4000 чоловік. Англійські фахівці визначили, що смог 1952 р. містив декілька сот тонн диму і сірчастого ангі­дриду. При зіставленні забруднення атмосферного повітря в Лондоні в ці дні з рівнем смертності було відзначено, що смерт­ність збільшується прямо пропорційно концентрації в повітрі диму і сірчастого газу. У 1963 р. від смогу, що опустився на Нью-Йорк, загинуло понад 400 чоловік. Вчені вважають, що щорічно тисячі смертей у містах усього світу пов’язані із забруд­ненням повітря.

У природі постійно відбувається обмін вуглекислим газом зав­дяки кругообігу вуглецю в системах:

• атмосфера—гідросфера. Поглинання СО2 гідросферою дорів­нює його виділенню;

• атмосфера і біота. СОг поглинається зеленими рослинами через фотосинтез, який супроводжується виділенням кисню. З відмиранням рослин внаслідок окислення організмів і продук­тів їхньої життєдіяльності вуглець знову повертається в атмосфе­ру і гідросферу. Швидкість кругообігу становить 10 років. Цикл замкнений;

• атмосфера—літосфера. Велика кількість СОг безпосеред­ньо виділяється в атмосферу через вулканічні виверження, з га­рячими та мінеральними джерелами. Проте час кругообігу — тисячі років. Цикл незамкнений, що приводить до змін клімату на землі.

Викиди сполук сірки — SO2, SO3 і H₂S є найтоксичнішими. Дані про викиди окремих шкідливих речовин в атмосферу Украї­ни наведено в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2

ДИНАМІКА ВИКИДІВ ОКРЕМИХ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН В АТМОСФЕРУ УКРАЇНИ ВІД СТАЦІОНАРНИХ ДЖЕРЕЛ ЗАБРУДНЕННЯ (тис. т)

* До сполук сірки включені речовини: сірчистий ангідрид, кислота сірчана, сірково­день, сірковуглець.

**До сполук азоту включені: оксиди азоту, кислота азотна, аміак. У зв’язку з відсут­ністю обліку до сполук азоту в 1985 році не ввійшли азотна кислота і аміак.

Вплив сірчаного газу та його вихідних на людину та тварин проявляється перш за все в ураженні верхніх дихальних шляхів. Під впливом сірчаного газу та сірчаної кислоти відбувається руйнування хлорофілу в листках рослин, у зв’язку з чим погір­шується фотосинтез та дихання, уповільнюється ріст, понижуєть­ся якість насаджень деревини та урожайність сільськогосподар­ських культур, а при більш високих та довготривалих дозах впливу рослинність гине.

Підраховано, що загальна кількість викидів сірчаного газу в атмосферу нашої планети тепловими електростанціями, металур­гійними заводами, нафтопереробними підприємствами та іншими антропогенними джерелами з 1905 по 1965 р. виріс в 4 рази і те­пер досягає 150 млн т. Із цієї кількості до 110 млн т (більше 70 % світових викидів сірчаного газу) припадає на країни Європи, Сполучені Штати Америки та Канаду. Враховуючи, що викорис­тання твердого палива, а саме бурого вугілля (що характеризу­ється високим вмістом сірки), все збільшується, слід передбачати відповідне збільшення викидів сірчаного газу.

До малих сполук — забруднювачів атмосфери — відносять фреони, що їх використовують у холодильній промисловості та для приготування фарб, сполуки азоту, хлору і фтору. Сполуки азоту надходять також від транспорту, промислових об’єктів, че­рез застосування мінеральних добрив, а сполуки хлору і фтору — від ядерних вибухів.

Наслідки забруднення атмосфери:

1) коливання прозорості атмосфери;

2) підвищення температури.

Забруднення атмосферного повітря містить в собі загрозу не тільки здоров’ю людей, але й завдає великого економічного збитку.

Пил, що міститься в повітрі, спричиняє погіршення клімату міст, зменшує прозорість атмосфери, збільшує кількість днів у місті з туманами.

Наявність у повітрі з’єднань сірки прискорює процеси корозії металів, руйнування будівель, споруд, пам’ятників культури, по­гіршує якість промислових виробів та матеріалів. Установлено, наприклад, що в промислових районах сталь іржавіє в 20 разів, а алюміній руйнується в 100 разів швидше, ніж у сільській місце­вості.

Кислотні дощі спричиняють підвищення кислотності ґрунтів, зменшується їх продуктивність, міняється склад ґрунтових мік­роорганізмів. Великої шкоди завдають кислотні дощі й лісам.

Накопичення вуглекислого газу в атмосфері — одна із основ­них причин парникового ефекту, зростаючого від розігріву Землі промінням Сонця.

Виробництво тепла людством становить у середньому 0,006% від загальної його кількості. Такий показник може стати причи­ною підвищення середньої температури лише на 0,01^oC. У перс­пективі навіть зі збільшенням виробництва енергії у світі в 10— 20 разів температура підвищиться на 0,2—0,3^oC. Проте в містах надходження антропогенного тепла в декілька разів перевищує кількість енергії, яку вони дістають від Сонця. Навіть у невели­ких містах це надходження становить від 10 до 100 %.

Стратосферний озоновий шар захищає людей та живу приро­ду від жорсткого ультрафіолетового та м’якого рентгенівського випромінювання в ультрафіолетовій частині сонячного спектра. Товщина озонового шару за останні роки скоротилася в серед­ньому на 2,5 %. Вміст озону в Північній півкулі над широтним поясом, що проходить через Дублін і Москву, в 1988 р. був на 8 % меншим, ніж 1969 р.

Шкідливі для людини та природи викиди можуть переміщати­ся в повітряних потоках на великі відстані. Наприклад, установ­лено, що викиди промислових виробництв Німеччини та Велико­британії переносяться на відстань більше 1000 км і випадають на території скандинавських країн, а із північно-східних штатів США — на території Канади.

Самоочищення атмосфери. Повітряний океан володіє здат­ністю до самоочищення від забруднювальних речовин. Аерозолі вимиваються із атмосфери опадами, іони осідають під впливом електричного поля атмосфери, а також внаслідок гравітації. Частка розміром 10 мкм проходить шлях від труби висотою 45 м до поверхні землі за 1,4 години. За цей час при швидкості вітру 2 м/с викид із труби буде віднесений на 10 км, частки меншого діаметра відносяться на ще більшу відстань. Осадженню сприяє сорбція їх на поверхні більших часток. За відсутності атмосфер­них опадів проходить випадання аерозолів в результаті зіткнен­ня нижнього шару повітря із земною поверхнею та предметами, що знаходяться на ній. Так, повітряні потоки, що переносять за­бруднення, очищуються, зустрічаючи на своєму шляху ліс. На деревах осаджуються не тільки тверді частки, але й леткі речо­вини.

Внаслідок турбулентного перемішування приземний шар по­вітря весь час оновляється, тому на поверхню відкладається знач­на кількість аерозолів.

Процеси самоочищення атмосфери зв’язані не тільки з випа­данням опадів та утворенням висхідних потоків, але й із іншими метеорологічними явищами.

Біосфері властиві самовідновлювальні якості. Ця здатність біосфери довгий час експлуатувалась людиною бездумно та по- хижацькому. Відходи виробництва викидались в повітря в розра­хунку на те, що будуть знешкоджені та перероблені самою при­родою. Здавалось, що якою б не була велика загальна маса відхо­дів, порівняно з відновлювальними властивостями біосфери вона незначна. Проте процес забруднення різко прогресує, і стає оче­видним, що природні системи самоочищення рано чи пізно не зможуть витримати такого натиску.

4.3.