Характеристика загрязняющих атмосферу веществ и классификация источников загрязнения.

Загрязнение атмосферы — изменение состава атмосферы в результате попадания в нее примесей.
Примесь в атмосфере — это рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в ее постоянном составе.
Загрязняющее воздух вещество — это примесь в атмосфере, оказывающая неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье населения. Поскольку примеси в атмосфере могут претерпевать различные превращения, их можно условно разделить на первичные и вторичные.
Первичная примесь в атмосфере — примесь, сохранившая за рассматриваемый интервал времени свои физические и химические свойства.
Превращения примесей в атмосфере — процесс, при котором примеси в атмосфере подвергаются физическим и химическим изменениям под влиянием природных и антропогенных факторов, а также в результате взаимодействия между собой.
Вторичная примесь в атмосфере — это примесь в атмосфере, образовавшаяся в результате превращения первичных примесей.

По воздействию на организм человека загрязнение атмосферы подразделяют на физическое и химическое.

К физическому относят: радиоактивное излучение, тепловое воздействие, шум, низкочастотные вибрации, электромагнитные поля.
К химическому — наличие химических веществ и их соединений.

Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ характеризуются по 4 признакам:

по агрегатному состоянию;
химическому составу;
размеру частиц;
массовому расходу выброшенного вещества.

Загрязняющие вещества выбрасываются в атмосферу в виде смеси:

пыли;
дыма;
тумана;
пара и газообразных веществ.

Источники выбросов в атмосферу подразделяют на:

естественные, обусловленные природными процессами;
антропогенные (техногенные), являющиеся результатом деятельности человека.

К числу естественных источников загрязнения атмосферного воздуха относят:

пыльные бури;
массивы зеленых насаждений в период цветения;
степные и лесные пожары;
извержения вулканов.

Примеси, выделяемые естественными источниками:

пыль растительного;
вулканического;
космического происхождения;
продукты эрозии почвы;
частицы морской соли;
туманы;
дым и газы от лесных и степных пожаров;
газы вулканического происхождения;
продукты растительного, животного, бактериального происхождения;

Естественные источники обычно бывают площадными (распределенными) и действуют сравнительно кратковременно. Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени.
Антропогенные (техногенные) источники загрязнения атмосферного воздуха, представленные главным образом выбросами промышленных предприятий и автотранспорта, отличаются многочисленностью и многообразием видов (рисунок 4.3).

Рисунок. 4.3. Источники загрязнения атмосферы:

1 — высокая дымовая труба; 2 — низкая дымовая труба; 3 — аэрационный фонарь цеха; 4 — испарения с поверхности бассейна; 5 — утечки через неплотности оборудования; 6 — пыление при разгрузке сыпучих материалов; 7 — выхлопная труба автомобиля; 8 — направление движения потоков воздуха

Источники выбросов промышленных предприятий бывают стационарными (источники 1 — 6), когда координата источника выброса не изменяется во времени, и передвижными (нестационарными) (источник 7 — автотранспорт).

Источники выбросов в атмосферу подразделяют на: точечные, линейные и площадные

Каждый из них может быть затененный и не затененный.

Точечные источники (на рисунке 4.3 — 1, 2, 5, 7) — это загрязнения, сосредоточенные в одном месте. К ним относятся дымовые трубы, вентиляционные шахты, крышные вентиляторы.
Линейные источники (3) имеют значительную протяженность. Это аэрационные фонари, ряды открытых окон, близко расположенные крышные вентиляторы. К ним могут быть также отнесены автотрассы.
Площадные Источники (4, 6). Здесь удаляемые загрязнения рассредоточены по плоскости промышленной площадки предприятия. К площадным источникам относятся места складирования производственных и бытовых отходов, автостоянки, склады горюче-смазочных материалов.
Не затененные (1), или высокие, источники расположены в недеформированном потоке ветра. Это дымовые трубы и другие источники, выбрасывающие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 высоты расположенных поблизости зданий и других препятствий.
Затененные источники (2 — 7) расположены в зоне подпора или аэродинамической тени здания или другого препятствия. Источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу подразделяют на организованные и неорганизованные.
Из организованного источника. (1, 2, 7) загрязняющие вещества поступают в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы.
Неорганизованный источник выделения загрязняющих веществ (5, 6) образуется в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу пыли и газов, в местах загрузки, выгрузки или хранения продукта. К неорганизованным источникам относят автостоянки, склады горюче-смазочных или сыпучих материалов и другие площадные источники.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами, поступающими в атмосферный воздух от техногенных источников, являются: оксид углерода СО; диоксид серы SO₂; оксиды азота NOx; углеводороды С Н ; пыль.

Оксид углерода (СО) — самая распространенная и наиболее значительная примесь атмосферы, называемая в быту угарным газом. Содержание СО в естественных условиях от 0,01 до 0,2 мг/м3. Основная масса выбросов СО образуется в процессе сжигания органического топлива, прежде всего в двигателях внутреннего сгорания. Содержание СО в воздухе крупных городов колеблется в пределах 1 — 250 мг/м3, при среднем значении 20 мг/м3. Наиболее высокая концентрация СО наблюдается на улицах и площадях городов с интенсивным движением, особенно у перекрестков. Высокая концентрация СО в воздухе приводит к физиологическим изменениям в организме человека, а концентрация более 750 мг/м3 — к смерти. СО — исключительно агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином крови, образуя карбоксигемоглобин. Состояние организма при дыхании воздухом, содержащим угарный газ, характеризуется данными, приведенными в таблице 4.2.

Таблица 4.2. Действие угарного газа на организм человека.

Содержание карбоксигемоглобина, %	Симптомы
0,4 - 2	Ухудшение остроты зрения и способности оценивать длительность интервалов времени
2 - 5	Нарушение психомоторных функций головного мозга
5 - 10	Изменение деятельности сердца и легких
10 - 80	Головные боли, сонливость, спазмы, нарушение дыхания, смертельные исходы

Степень воздействия СО на организм человека зависит также от длительности воздействия (экспозиции) и вида деятельности человека. Например, при содержании СО в воздухе 10 — 50 мг/м3, которое наблюдается на перекрестках улиц больших городов, при экспозиции ~ 60 минут отмечаются нарушения, приведенные в п.1, а при экспозиции от 12 часов до 6 недель. При тяжелой физической работе отравление наступает в 2 — 3 раза быстрее. Образование карбоксигемоглобина — процесс обратимый, через 3 — 4 ч содержание его в крови уменьшается в 2 раза. Время пребывания СО в атмосфере составляет 2 — 4 месяца.

Диоксид серы (SO₂) — бесцветный газ с острым запахом. На его долю приходится до 95% от общего объема сернистых соединений, поступающих в атмосферу от антропогенных источников. До 70% выбросов SO₂ образуется при сжигании угля, мазута — порядка 15%.

При концентрации диоксида серы 20 — 30 мг/м3 раздражается слизистая оболочка рта и глаз, во рту возникает неприятный привкус

Весьма чувствительны к SO₂ хвойные леса. При концентрации SO₂ в воздухе 0,23 — 0,32 мг/м3 в результате нарушения фотосинтеза происходит усыхание хвои в течение 2 — 3 лет. Аналогичные изменения у лиственных деревьев происходят при концентрациях SO₂ 0,5 — 1 мг/м3.

Основной техногенный источник выбросов углеводородов (CmHn — пары бензина, метан, пентан, гексан) — автотранспорт. Его удельный вес составляет более 50% от общего объема выбросов. При неполном сгорании топлива происходит также выброс циклических углеводородов, обладающих канцерогенными свойствами. Особенно много канцерогенных веществ содержится в саже, выбрасываемой дизельными двигателями. Из углеводородов в атмосферном воздухе наиболее часто встречается метан, что является следствием его низкой реакционной способности. Углеводороды обладают наркотическим действием, вызывают головную боль, головокружение. При вдыхании в течение 8 часов паров бензина с концентрацией более 600 м*/м3 возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле.

Оксиды азота (NOx) образуются в процессе горения при высокой температуре путем окисления части азота, находящегося в атмосферном воздухе. Под общей формулой NOx обычно подразумевают сумму NO и NO₂. Основные источники выбросов NOx: двигатели внутреннего сгорания, топки промышленных котлов, печи.
NO₂ — газ желтого цвета, придающий воздуху в городах коричневатый оттенок. Отравляющее действие NOx начинается с легкого кашля. При повышении концентрации кашель усиливается, начинается головная боль, возникает рвота. При контакте NOx с водяным паром, поверхностью слизистой оболочки образуются кислоты HNO₃ и HNO₂, что может привести к отеку легких. Продолжительность нахождения NO₂ в атмосфере — около 3 суток.

Размер пылинок колеблется от сотых долей до нескольких десятков мкм

Средний размер частиц пыли в атмосферном воздухе — 7 — 8 мкм. Пыль оказывает вредное воздействие на человека, растительный и животный мир, поглощает солнечную радиацию и тем самым влияет на термический режим атмосферы и земной поверхности. Частицы пыли служат ядрами конденсации при образовании облаков и туманов. Основные источники образования пыли: производство строительных материалов, черная и цветная металлургия (оксиды железа, частицы Al, Си, Zn), автотранспорт, пылящие и тлеющие места складирования бытовых и производственных отходов. Основная масса пыли вымывается из атмосферы осадками.

Выбросы, содержащие примеси в виде частиц пыли, дыма, тумана или пара, называются аэрозолями. Общее число разновидностей загрязняющих атмосферу аэрозолей составляет несколько сотен.