Загрязнение атмосферного воздуха химическими веществами приобретает все более угрожающий характер.

Число химических загрязнителей постоянно растет, появляется множество продуктов их сложного взаимодействия.

Новые химические соединения трансформируются в компонентах природной среды, внедряются в трофические цепи, причиняя вред живым организмам.

В данной статье мы рассмотрим:

  • как происходит химическое загрязнение атмосферы;
  • какие основные источники вносят наибольший вклад в загрязнение воздуха;
  • почему оно особенно опасно;
  • как классифицируются химические загрязнители;
  • как распространяются в воздушной и жилой среде;
  • можно ли защитить атмосферу от опасных, несвойственных ей примесей.

Содержание

Определение

Химическое загрязнение атмосферного воздуха — это привнесение в его состав новых, нехарактерных для него веществ, а также изменение естественной среднемноголетней концентрации этих веществ. Большинство химических загрязнителей образуются в результате различных видов деятельности человека.

Химический состав чистого сухого воздуха представляет собой смесь следующих компонентов:

Азот 78,1 %
Кислород 20,9 %
Аргон 0,9 %
Водяной пар
Диоксид углерода 0,003
Неон 18,2 млн-1
Криптон 1,1 млн-1

Изменяют химический состав нижних слоев атмосферы газо-дымовые выбросы промышленных предприятий, теплоэнергетических комплексов, транспорта.

Оксиды углерода и азота, сероводород и сероуглерод, сернистый ангидрид и другие химические загрязнители накапливаются в воздушной среде, способствуя образованию фотохимического тумана (смога), появлению «озоновых дыр», усиливая парниковый эффект на планете.


Часть химических примесей осаждается на:

  • почву;
  • воду;
  • растения.

Следуя по трофическим цепочкам, опасные вещества попадают в организм человека, нарушая работу систем и поражая органы.

В частности, соединения серы вызывают заболевания органов верхних дыхательных путей, глаз и ЦНС, бензапирен и другие углеводороды угнетают иммунитет, повышают риск онкологических заболеваний.

Химическое загрязнение – самый опасный вид деградации экосистемы, затрагивающее не только атмосферу, но и другие природные среды. Опасные примеси воздушной среды влияют на жизнеспособность всех биологических видов, иногда закрепляясь на генетическом уровне, представляя опасность для потомства.

Фото 2

Химические вещества, среди которых множество ядовитых, проникли во все сферы деятельности человека, а также во все природные среды. В целях терроризма создаются вещества, специально предназначенные для подавления биологических процессов и групп организмов в целом.

Появляются новые синтетические вещества, не имеющие аналогов в природе, и поэтому особенно опасные для организмов – ксенобиотики.

Любые химические вещества, попадающие в атмосферу или возникающие в ней в концентрациях, выходящих за пределы обычных естественных колебаний или среднего природного фона, называются загрязнителями. Химическое загрязнение атмосферы проявляется на локальном, региональном, глобальном уровнях.

Масштаб проблемы

Химические загрязнения различаются по площади:

  1. Локальное. Загрязнение небольшого региона (города, крупного промышленного объекта, района добычи полезных ископаемых, территории крупного животноводческого комплекса).
  2. Региональное. Обнаруживается в границах значительных пространств, но не охватывает весь земной шар.
  3. Глобальное. Признаки глобального химического загрязнения обнаруживаются очень далеко от источника, в любой точке Земли. Загрязнители переносятся атмосферными потоками, так как атмосфера – открытый компонент природной среды, связанный процессами энергообмена и массообмена с биосферой, гидросферой, космосом.

5 специфических особенностей химического загрязнения

  1. Атмосфера – основная среда, через которую загрязняющие вещества (ЗВ) поступают от источника загрязнения в другие естественные сферы – в воду, почву, а также в живые организмы.
  2. В пределах атмосферного воздуха загрязнители распространяются в разных направлениях.
  3. Изменение химического состава атмосферного воздуха быстрее, чем в других средах, свидетельствует о загрязнении окружающей среды.
  4. ЗВ в составе атмосферы обеспечивают основную форму их трансграничного переноса.
  5. Загрязнение атмосферного воздуха – основной экологический риск для здоровья людей. Ежегодно почти 7 млн человек преждевременно умирает в результате жизни в загрязненной воздушной среде.

Классификация загрязнителей

Распоряжением Правительства РФ № 1316-р утвержден «Перечень загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры госрегулирования в области ООС». В список загрязнителей воздуха внесено 160 химических веществ и 94 радиоактивных.

Некоторые загрязнители включены в состав определенных групп, например:

  • предельные и непредельные углеводороды;
  • спирты и фенолы;
  • технические смеси;
  • простые и сложные эфиры;
  • альдегиды;
  • кетоны;
  • амины;
  • органические кислоты.

Загрязняющие вещества классифицируются и по другим признакам.

Основные факторы

1. Происхождение Естественное или антропогенное
2. Химическая природа вещества Органические и минеральные, естественные и искусственные
3. Токсичность для живых организмов 4 класса
4. Фазовое состояние Твердые, жидкие, аэрозоли
5. Источники поступления в ОС Природные и техногенные
6. Режим поступления в ОС Неорганизованное (самопроизвольное), организованное (постоянное или регулярное)
7. Формы поступления Точечно, площадно, линейно
8. Масштаб распространения ЗВ Локальный, региональный, глобальный
9. Технофильность Показатель использования химического элемента человеком в хозяйственной деятельности

Определяется как отношение средней ежегодной мировой добычи химического элемента (в тоннах) к содержанию этого элемента в земной коре

Коэффициент технофильности динамичен

Классификация по классам

В таблице ниже представлены классы опасности веществ-загрязнителей воздуха и приведены их примеры:

Класс Классификация Примеры
I Чрезвычайно опасные Озон, ртуть, бензапирен, свинец
II Высокоопасные Диоксид азота, хлор, сероводород
III Умеренно опасные Оксид серы, монооксид азота
IV Малоопасные Монооксид (окись) углерода, углеводороды, аммиак

Классификация Росгидромета

Классификация, предложенная метеорологами, подразделяет ЗВ на:

  1. Основные вещества (пыль, диоксид серы, диоксид азота, оксид углерода и другие).
  2. Специфические вещества, выбрасываемые отдельными производствами, предприятиями.

Выделение ключевых ЗВ

В этой классификации загрязнители разделяются на ключевые (маркерные) и остальные. Маркерное вещество – самый значимый для конкретного производства показатель, выбираемый из группы веществ, внутри которой существует тесная корреляционная взаимосвязь.

Пороговые и беспороговые поллютанты

По характеру воздействия ЗВ выделяют пороговые и беспороговые поллютанты.

Пороговые ЗВ – вещества, негативные последствия от которых наступают, если величина дозы превысит пороговый показатель. К этой группе относятся неканцерогенные вещества.

Фото 3

Беспороговые ЗВ не имеют уровней, ниже которых они безопасны. Это канцерогены и вещества, вызывающие генетические модификации. Канцерогены – вещества, которые после продолжительного воздействия способствуют развитию злокачественных опухолей.

Стойкие и нестойкие загрязнители

Загрязнители делятся на:

  1. Химические стойкие (неразлагающиеся). Вещества не входят в естественные круговороты веществ, медленно разрушаются в ОС, способны аккумулироваться организмами в пищевых цепях.
  2. Загрязнители, разрушаемые биологическими процессами. Вещества входят в естественные круговороты веществ, быстро исчезают или разрушаются биологическими агентами в искусственных системах очистки.

Первичные и вторичные

Загрязнители атмосферы делятся на первичные и вторичные. Первичные образуются в ходе природных и антропогенных процессов. Вторичные возникают в результате физико-химического взаимодействия, протекающего непосредственно в воздушной среде.

В качестве примеров:

  1. Из нетоксичных компонентов образуется ядовитый газ – фосген.
  2. Фреоны, химически инертные в приземном слое атмосферы, в стратосфере вступают в фотохимические реакции, образуя ион хлора – катализатор появления озоновых дыр.

Основные источники

Источником выброса ЗВ называется объект, который производит выбросы ЗВ в окружающую природную среду.

Загрязнение может быть естественным и антропогенным. Естественные загрязнения возникают в результате природных процессов. Часто эти процессы носят катастрофический характер (мощное извержение вулкана). Главные источники природного загрязнения – тяжелые металлы породы (магматические и осадочные) и породообразующие минералы.

Многие вещества поступают в атмосферу с космической и метеоритной пылью, с вулканическими газами, горячими источниками, газовыми струями.

Основной вклад в высокий уровень химического загрязнения воздуха вносят:

  • металлургические заводы;
  • предприятия нефтехимии;
  • стройиндустрия;
  • объекты энергетики;
  • целлюлозно-бумажная промышленность;
  • химические и цементные заводы.

Например, ТЭС вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ.

Металлургия, особенно цветная, является источником выбросов:

  • окислов азота;
  • сероводорода;
  • хлора;
  • фтора;
  • аммиака;
  • соединений фосфора;
  • ртути и мышьяка.

Многокомпонентные газы попадают в воздух:

  • в результате сжигания топлива в технологических циклах;
  • при отоплении жилищ;
  • во время работы транспорта;
  • при сжигании и переработке отходов.

Основные источники химического загрязнения:

Промышленность Оксид углерода, оксид серы, сероводород, сероуглерод, оксид и диоксид азота, соединения фтора и хлора
Транспорт Оксид и диоксид азота, соединения свинца
ТЭС Оксид углерода, оксид серы, оксид и диоксид азота

Горнодобывающая промышленность

Выбросы в атмосферу ЗВ предприятиями горнодобывающей промышленности происходят:

  • в процессе разработки полезных ископаемых;
  • в ходе производственных процессов на поверхности отвалов и в шахтах;
  • во время взрывных работ;
  • при открытой разработке камня, сланца и угля;
  • при обогащении твердого топлива;
  • производстве брикетов.

Фото 4

Процессы сопровождаются выбросами пыли, оксидов азота и углерода, сернистого ангидрида, а также сероводорода, который выделяется при горении породных отвалов.

Интенсивное загрязнение происходит на всех этапах:

  • в начале строительства горнодобывающих объектов;
  • при прохождении горных разработок;
  • добыче и транспортировке полезных ископаемых.

Теплоэнергетика

ТЭС, котельные и другие объекты, работа которых связана со сжиганием топлива, выбрасывают в атмосферу дымовые газы.

Среди компонентов выбросов:

  • диоксид углерода;
  • соединения серы.

Металлургия и металлообрабатывающая промышленность

Черная и цветная металлургия, металлообработка занимают лидирующие позиции по количеству загрязнений атмосферного воздуха.

Металлургические процессы сопровождаются выделением:

  1. Отходящих газов.
  2. Загрязнений с канцерогенными свойствами:
  • бензопирена;
  • стирола;
  • толуола;
  • формальдегида;
  • хрома;
  • никеля;
  • кадмия;
  • свинца;
  • мышьяка.

Подготовка сырья, загрузка руды и кокса в доменную печь вызывают высокое пылеобразование, а отходящие газы содержат большой процент оксида углерода и очень токсичны. Химическое загрязнение воздуха от металлургических предприятий в зависимости от силы ветра распространяется на десятки и сотни километров.

Коксохимическое производство

Технологические циклы коксохимической промышленности характеризуются выбросами пыли и сложной смеси летучих соединений.

Фото 5

При загрузке – выгрузке коксовых батарей и малейших нарушениях режима их работы в атмосферу поступает неочищенный коксовый газ, состоящий из оксидов углерода, фенола, бензола и его соединений.

Целлюлозно-бумажная промышленность

Технологические газы комплекса содержат:

  • соединения серы;
  • твердые частицы;
  • оксиды азота;
  • летучие органические соединения;
  • хлор;
  • диоксид углерода;
  • метан.

В числе иных типичных источников выбросов – топочные газы, содержащие твердые частицы, соединения серы и оксиды азота. Топочные газы также выбрасываются установками сжигания отходов и вспомогательными паровыми и энергетическими установками.

Сельское хозяйство

Основной причиной загрязнения атмосферы становятся грубые нарушения транспортировки, хранения и внесения в почву минеральных и органических удобрений. Кроме того, биогенные компоненты удобрений поступают в воздух в процессе водной и ветровой эрозии почвы.

Коммунальное хозяйство городов

В городах происходит интенсивное движение транспорта, ведется промышленная и хозяйственная деятельность, строительство. Антропогенные процессы загрязняют атмосферу, образуя около тысячи химических соединений.

Загрязненный воздух задерживает ультрафиолет, поглощая до 20 % солнечного света, а при низком стоянии Солнца – более 50 %.

Твердые коммунальные отходы (ТКО)

Примерно через год после начала складирования отходов на свалке интенсивно выделяется биогаз (смесь 54 % метана и 46 % диоксида углерода).

Главные загрязнители

К основным загрязнителям атмосферы относятся:

  • углекислый газ;
  • оксид углерода;
  • диоксид серы;
  • диоксид азота.

Фото 6

К этой категории относятся и газовые составляющие, способные влиять на температурный режим тропосферы:

  • диоксид азота;
  • хлорфторуглероды (фреоны);
  • метан и тропосферный озон.

Соединения серы

Естественные источники — вулканы и океаны.

Техногенные источники:

  • топливная энергетика (55 %);
  • металлургия (25 %);
  • очистка и переработка нефти и угля (10 %);
  • химическая промышленность, транспорт и другие (10 %).

Во всех крупных городах концентрация оксида серы превышена.

По промышленным выбросам оксида серы традиционно лидируют:

  • Норильск;
  • Никель;
  • Орск;
  • Омск.

Ежегодное поступление – 140-290 млн т.

Для человека и животных вещество является местным раздражителем слизистой оболочки верхних дыхательных путей, вызывает бронхоспазм.

Сернистый ангидрид поступает в воздух в результате сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн т. в год).

Серный ангидрид – продукт окисления сернистого ангидрида, аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде. Предприятия черной и цветной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида. Вещество подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека.

Химические предприятия выбрасывают аэрозоль серной кислоты из дымовых факелов, особенно при низкой облачности и высокой влажности воздуха.

Фото 7

Сероводород и сероуглерод присутствуют в выбросах предприятий по производству искусственного волокна, сахара, а также коксохимических, нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих объектов. Вещества вступают в атмосферу с другими загрязнителями, окисляясь до серного ангидрида.

Оксиды азота

Техногенные источники:

  • энергетика;
  • сжигание топлива (до 70 % от общего вклада);
  • автотранспорт;
  • цветная металлургия;
  • коксохимическая и нефтехимическая отрасли;
  • предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк.

Диоксид азота более токсичен, чем оксид азота.

В тропосфере, стратосфере, атмосфере происходит конверсия оксидов азота:

  • под влиянием солнечной энергии – фотохимическое окисление;
  • под влиянием кислорода и озона – окисление.

В результате на Землю выпадают техногенные кислотные осадки, что приводит к закислению биосферы, усыханию и гибели лесов, повышению уровня pH природных водоемов, изменению прозрачности, температуры, химического состава вод, изменению свойств почв.

Монооксид углерода

Природные источники — почвы, в которых происходит процесс разложения фенольных соединений.

Основные техногенные источники:

Образуется при неполном сгорании углеродистых веществ. Вещество токсично, реакция с гемоглобином крови нарушает транспортировку кислорода. При высоких концентрациях у человека через час может наступить потеря сознания, через 4 часа – смерть.

Оксид углерода активно взаимодействует с компонентами атмосферы, способствуя усилению парникового эффекта и глобальному повышению температуры на Земле.

Диоксид углерода

Природные источники — дыхание организмов и разложение органики.

Техногенные источники:

  • нефтепереработка;
  • сжигание в факелах;
  • сжигание топлива;
  • производство цемента и стекла;
  • металлургия;
  • транспорт.

Фото 8

Вещество не токсично. Поступление диоксида углерода в атмосферный воздух ежегодно увеличивается на 0,3 %. Это одна из причин «парникового эффекта».

С 2016 года российские предприятия, осуществляющие выбросы парниковых газов в атмосферу, обязаны хранить сведения о выбросах парниковых газов не менее 5 лет после отчетного периода.

Соединения хлора

Выделяются химическими предприятиями, производящими:

  • соляную кислоту;
  • хлоросодержащие пестициды;
  • органические красители;
  • гидролизный спирт;
  • хлорную известь;
  • соду.

Обнаруживаются в атмосфере в виде молекул хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора зависит от вида соединений и их концентрации.

Соединения фтора

Источники загрязнения воздуха фтором – предприятия по производству:

  • алюминия;
  • эмалей;
  • стекла;
  • керамики;
  • стали;
  • фосфорных удобрений.

Фторосодержащие газообразные примеси поступают в атмосферу в виде газообразного фтороводорода или пыли фторида натрия, фторида кальция.

Все фтористые соединения токсичны. Производные фтора являются сильнейшими инсектицидами.

Автомобиль как источник загрязнения

В городах основным источником химического загрязнения атмосферы является автотранспорт, парк которого ежегодно увеличивается. Более всего химическому загрязнению от автомобилей подвержены крупные города, территории автомагистралей.

Наиболее опасные вещества в составе выхлопных газов:

  • пары бензина;
  • свинец;
  • углеводороды;
  • окись азота;
  • оксид углерода;
  • сажа.

Они концентрируются в нижних слоях атмосферы, а затем осаждаются на воду, почву и растения. Большинство компонентов выхлопных газов токсичны. Отдельные виды топлива содержат серу, что приводит к поступлению в воздух диоксидов серы.

Фото 9

Объем и химический состав выбросов транспорта зависят от режима работы двигателя, качества используемого топлива. Более подробно об автомобилях как источниках химического загрязнения атмосферы читайте в этой статье.

Загрязнение воздуха предприятиями химической промышленности

В число наиболее крупных холдингов химического комплекса входят:

  1. ЗАО «Сибур Холдинг».
  2. ООО «ЛукойлНефтехим».
  3. ОАО «Тат-Нефть».
  4. ОАО «Фосагро».
  5. ОАО МХК «Еврохим».
  6. ОАО «Акрон».

Этими корпорациями производится более 50 % минеральных удобрений, около 40 % полимеров, 50-70 % синтетических каучуков. По валовым выбросам ЗВ в атмосферу химический комплекс занимает 10 место.

Состав выбросов химической промышленности зависит от особенностей технологических процессов, сырья и образующихся продуктов.

Основными выбросами от предприятий химпрома являются:

  • оксиды углерода;
  • оксиды азота;
  • сернистый ангидрид;
  • аммиак;
  • неорганическая пыль;
  • сероводород;
  • сероуглерод;
  • хлористые и фтористые соединения.

Приоритетные загрязнители некоторых категорий химических производств представлены в таблице:

Категория промышленности Приоритетные ЗВ
Нефтехимическое производство
  • оксиды серы, азота, углерода;
  • продукты неполного сгорания и термического разложения топлива;
  • бензапирен;
  • пары бензола, толуола;
  • сероводород;
  • меркаптаны;
  • предельные и непредельные углеводороды.
Производство фосфатных удобрений
  • фтористые газообразные соединения;
  • пары серной и фосфорной кислоты.
Производство серной кислоты
  • диоксид серы;
  • серная кислота;
  • сероводород;
  • сера элементарная;
  • оксиды азота и углерода;
  • диоксид азота.
Производство каучука
  • изопентан;
  • толуол;
  • изопрен;
  • анилены.
Производство искусственных волокон
  • сероуглерод;
  • сероводород;
  • изопропиловый спирт;
  • метилакрилат;
  • нитрил акриловой кислоты;
  • аэрозоль серной кислоты;
  • роданид натрия;
  • цианиды;
  • красители.
Целлюлозно-бумажное производство
  • сероводород;
  • метилмеркаптан;
  • диметилсульфид и диметилдисульфид;
  • диоксид серы.

Большой вклад в химическое загрязнение атмосферы вносят аварийные ситуации.

Причины:

  • износ оборудования;
  • нарушение технологической дисциплины при обращении с химически опасными веществами;
  • отсутствие автоматизированных средств контроля за их выбросом и зонами распространения загрязнений.

Химические аварии возникают и там, где нет химически опасных объектов.

При транспортировке из автоцистерн теряется содержимое, железнодорожные цистерны переворачиваются, а облака с химическими испарениями разносятся ветром на большие расстояния и оседают с осадками.

При взрывах и пожарах на производстве и в быту горящий пластик выделяет высокотоксичные соединения (диоксины, синильную кислоту, фосген).

Факторы изменения химического состава атмосферы

С химическими загрязнителями могут происходить самые различные процессы:

  • окисление;
  • адсорбция аэрозолями;
  • фотохимические реакции.

Кроме того, ЗВ могут поглощаться почвой, поверхностью водоемов, биосферой.

Фото 12

Атмосферные процессы, протекающие с участием газов:

  • рассеяние газов;
  • разбавление атмосферным воздухом;
  • химические конверсии (превращения);
  • инверсии.

ЗВ из атмосферы на земную поверхность попадают следующим образом:

Влажное осаждение
  • дождь или снег (ЗВ в виде пара или аэрозоля попадают в капли воды или снежинки, выпадают в виде осадков);
  • вымывание (ЗВ захватываются ниже дождевого облака падающими осадками);
  • туман (ЗВ попадают в капли воды в тумане).
Сухое осаждение
  • седиментация аэрозолей или гравитационное осаждение (для частиц >10 мкм);
  • отложение аэрозолей и адсорбция паров и газов на предметах на пути ветра.
Образование и слипание аэрозолей

Время жизни в атмосфере газовых выбросов и пути их выведения разные. Загрязнители «живут» от нескольких суток до нескольких лет. Сложно прогнозировать поведение климатически активных газов, например, углекислого газа, который поступает и из природных, и из техногенных источников.

Распространение химических примесей

На условия распределения химических загрязнителей в воздушной среде влияют:

Свойства вещества Химический состав, фазовое состояние, способность к миграции и аккумуляции
Технологические факторы Свойства выбросов, способ их поступления в воздух
Физико-географические условия Ландшафт, рельеф, климат, растительность, расстояние от источника загрязнения

Как распространяются и трансформируются загрязнители?

Диффузия Перемещение ЗВ с малой скоростью из зон высокого загрязнения в зоны низкого загрязнения
Дисперсия Перемешивание ЗВ в воздухе (разбавление)
Сорбция Концентрирование ЗВ, растворенных в воде или в парах, на поверхности твердых частиц
Химические преобразования Взаимодействие или осаждение ЗВ

Что происходит при комплексном химическом загрязнении?

При химическом взаимодействии в воздушной среде нескольких загрязнителей возникают различные эффекты:

  1. Эффект нейтрализации.
  2. Эффект суммации (аддитивность).
  3. Эффект синергии. Примеры синергетического эффекта: влажный, ледяной или фотохимический смог.

Загрязнение атмосферного воздуха в городах

Уровень химического загрязнения воздуха в городской черте определяется количеством поступающих в атмосферу ЗВ и метеорологическими условиями, среди которых:

  • направление и скорость ветра;
  • температура воздуха и термическая устойчивость атмосферы;
  • осадки (вымывают ЗВ на 12 часов);
  • туманы (усиливают загрязненность);
  • атмосферное давление (при активной циклонической деятельности количество загрязнителей снижается);
  • солнечная радиация (фотохимические реакции).

Повышение уровня химического загрязнения отмечается:

  • при слабом ветре с увеличением температуры воздуха;
  • когда штиль сопровождается застоем воздуха (инверсией);
  • при понижении температуры в зимнее время и антициклоне.

Понижение уровня химического загрязнения фиксируется, когда:

  • скорость ветра превышает 5-6 м/с;
  • нет тумана;
  • отсутствуют температурные инверсии;
  • идет умеренный или сильный дождь;
  • накануне наблюдалось низкое загрязнение воздуха.

Общая загрязненность зависит от переноса и рассеивания химических примесей, поступающих с промышленными выбросами и выхлопными газами автотранспорта.

Фото 10

Российские регионы обладают различными условиями для рассеивания примесей. Самые благоприятные условия для рассеивания ЗВ наблюдаются на северо-западе европейской части России, самые неблагоприятные – в Восточной Сибири.

На первом месте в рейтинге российских городов-загрязнителей по итогам 2022 года – Норильск (Красноярский край). Масса выбросов за прошедший год составила 1,8 млн т – почти 11 % от общего объема выбросов по всей стране. Самым «грязным» Норильск признается уже второй год подряд.

В 2021 году на Красноярском экономическом форуме был представлен проект очистки выбросов от диоксида серы на двух норильских металлургических предприятиях, так называемая «Серная программа».

Проектом запланировано вывести Норильск из десятки самых грязных городов России.

Определение токсических веществ в воздухе

Токсичность – внутренне присущая химическому веществу способность в определенных концентрациях оказывать вредное влияние, проявляющееся только при взаимодействии с живыми организмами. Среди веществ природного происхождения токсичных веществ нет, есть токсичные концентрации.

Вещества и химические элементы разделяют на несколько классов опасности, от чрезвычайно опасных до умеренно и слабо опасных.

Экологическая опасность химических соединений (класс опасности) оценивается с учетом их свойств:

  • токсичности (канцерогенности, мутагенности);
  • величины ПДК (чем меньше величина ПДК, тем выше опасность), способности накапливаться в живых организмах и компонентах экосистемы, стабильности (устойчивости к разложению) самого вещества и вредных продуктов его разложения.

Примеры разделения химических загрязнителей атмосферного воздуха на классы:

Класс опасности Вещество / химический элемент
I Аэрозоль свинца, бенз(а)пирен, оксид ванадия, сажа токсичная
II Оксиды азота, формальдегид, аммиак, ацетон, марганец, серная кислота, оксиды серы, сероводород, фториды, хлор
III Ацетатальдегиды, сварочный аэрозоль, бутиловый спирт, метанол, диоксид серы, толуол, фенол
IV Ацетон, пары бензина, бутилацетат, пары керосина пары, кремний, оксид углерода, углеводороды, этиловый спирт

Уровень загрязнения воздуха оценивается по данным наблюдений на одном посту (за одной примесью) или на всех постах района за всеми примесями за месяц или за год.

Учитываются 3 показателя:

  1. Стандартный индекс. Самая высокая разовая концентрация примеси, разделенная на ПДК.
  2. Наибольшая повторяемость превышения ПДК, %.
  3. Комплексный индекс загрязнения атмосферы, учитывающий несколько примесей, представляющий собой сумму концентраций выбранных ЗВ в долях ПДК.

Порядок выбора приоритетных промышленных токсикантов для наблюдения устанавливают с учетом:

  • класса опасности химических веществ;
  • мощности выбросов;
  • возможной площади загрязнения;
  • плотности выпадений ЗВ из атмосферы, по коэффициенту техногенного обогащения аэрозолей.

Приоритетные ЗВ, подлежащие определению в атмосферном воздухе:

  • взвешенные частицы;
  • оксиды серы;
  • азота и углерода;
  • озон;
  • сульфаты;
  • свинец;
  • кадмий;
  • ртуть;
  • мышьяк;
  • бензапирен;
  • ДДТ и другие пестициды.

Фото 13

В атмосферных осадках определяют:

  • свинец;
  • кадмий;
  • ртуть;
  • мышьяк;
  • сульфаты;
  • бензапирен;
  • ДДТ и другие пестициды;
  • pH;
  • главные катионы и анионы (катионы калия, натрия, магния, кальция, сульфат-, хлорид-, нитрат-, гидрокарбонатанионы).

К потенциальным приоритетным загрязнителям относятся:

  • тяжелые металлы (кадмий, хром, медь, свинец, ртуть, никель, цинк);
  • металлоиды (мышьяк, сурьма, селен);
  • стойкие органические соединения (полихлорированные дифенилы (ПХД);
  • полициклические ароматические углеводороды (ПАУ);
  • диоксины;
  • фураны;
  • запрещенные пестициды.

Специалисты отмечают, что за последние 2 десятилетия в России появилась положительная динамика в отношении выбросов приоритетных тяжелых металлов и металлоидов от стационарных источников.

Для большинства ЗВ наблюдается тенденция к снижению выбросов. Нет положительной картины по двум загрязнителям – свинцу (имеет эффект накопления) и марганцу.

К чрезвычайно опасным относятся:

  • ртуть;
  • мышьяк;
  • кадмий;
  • свинец,

к высокоопасным:

  • медь;
  • никель;
  • хром,

к умеренно опасным:

  • барий;
  • вольфрам;
  • марганец.

Фото 14

Техногенное поступление тяжелых металлов в атмосферу:

  • выброс при высокотемпературных процессах (черная и цветная металлургия, обжиг цементного сырья, сжигание минерального топлива);
  • вторичное загрязнение вследствие выноса тяжелых металлов из отвалов рудников или металлургических предприятий воздушными потоками.

Источники поступления тяжелых металлов в атмосферный воздух делятся на естественные и техногенные. К природным относятся первичные минералы исходных пород.

К антропогенным:

  • черная и цветная металлургия;
  • химическая;
  • целлюлозно-бумажная;
  • нефтехимическая;
  • нефтеперерабатывающая и другая промышленность.

Формы поступления в воздух:

  • твердые (терриконы, отвалы);
  • жидкие (отстойники);
  • газообразные (аэрозоли).

Аэрозольное загрязнение тяжелыми металлами – самое мощное.


К чрезвычайно опасным тяжелым металлам относятся:

  • ртуть;
  • мышьяк;
  • кадмий;
  • свинец,

к высокоопасным:

  • медь;
  • никель;
  • хром,

к умеренно опасным – барий, вольфрам, марганец.

ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе

Предельно допустимая концентрация (ПДК) – законодательно утвержденный санитарно-гигиенический норматив.

Под ним понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при постоянном воздействии на организм человека в течение определенного периода времени не вызывает патологических изменений или заболеваний как у настоящего, так и у последующего поколений на любом отрезке их жизни.

Фото 15

СССР был лидером в области разработки нормативов содержаний опасных химических примесей в окружающей среде.

ПДК для воздуха рабочих помещений были установлены в 1925 году, ПДК веществ в атмосфере – в 1949 году, ПДК для выбросов ЗВ в атмосферу – с 1952 года.

К 1991 году существовало ПДК в воздухе для почти 500 веществ. Оценка экологической обстановки, в частности, химического загрязнения атмосферы, основана на сравнении степени загрязнения воздуха с установленными ПДК веществ-загрязнителей.

ПДК токсических химических веществ в атмосферном воздухе устанавливают в соответствии со следующими определениями:

  1. ПДК – максимальная концентрация 3В в атмосферном воздухе, которая при повседневном контакте с человеком или другим элементом биосферы в течение продолжительного периода не вызывает негативных эффектов и последствий.
  2. ПДК максимально разовая – концентрация ЗВ в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыхании в течение 20 минут рефлекторных реакций.
  3. ПДК среднесуточная – концентрация ЗВ в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом вдыхании не менее 24 часов.
  4. ПДК среднегодовая обеспечивает приемлемые уровни риска при воздействии ЗВ не менее 1 года.

О загрязнении атмосферы, о ранжировании зон по степени загрязнения, об экологической опасности загрязнения говорят лишь в том случае, если степень загрязненности превышает установленные нормы ПДК. Если концентрации ЗВ низкие (ниже ПДК), констатируется нормальная экологическая обстановка.

Защита атмосферы

Сейчас на Земле не затронуто следами человеческой деятельности лишь 1/3 суши.

Доля свободной от людей и техногенного воздействия территории:

  • Европа – 3 %;
  • Азия – 19 %;
  • Южная Америка – 21 %;
  • Африка – 28 %;
  • Австралия – 28 %;
  • страны СНГ – 34%;
  • Северная Америка – 38 %;
  • Антарктида – 99 %.

Химическое загрязнение атмосферы и общепланетарный экологический кризис привели человечество к глобальным проблемам, среди которых:

  1. Истощение природных ресурсов. Проблема затронула как невозобновляемые ресурсы (ископаемое топливо, почва, пресная вода, биологические виды), так и возобновляемые (лес).
  2. Изменение природных ландшафтов. По всему земному шару отмечается опустынивание, обезлесение, обводнение и другие трансформации.
  3. Загрязнение всех природных сред в результате рассеяния веществ техногенного происхождения.
  4. Изменение климата.
  5. Нарушение теплового баланса Земли.

Каждый человек подвергается воздействию химических веществ, обычно в малых, субтоксичных дозах, которые попадают в его организм из атмосферы, с водой и продуктами питания.

Фото 16

Организм абсорбирует малые количества химических веществ в жировой ткани и внутренних органах. Постепенно суммируя опасные соединения, организм подвергается хроническому токсическому воздействию.

Вдыхание загрязненного воздуха приводит к развитию астмы, снижению иммунитета, у жителей загрязненных районов страдает сердечно-сосудистая система.

Высокая концентрация оксида азота способна спровоцировать резкие колебания артериального давления, развитие инфаркта и другие нарушения работы сердца. Воздух, насыщенный химическими примесями, приводит к кислородному голоданию, изменению состава крови.

Далее мы рассмотрим, какие методы, технологии, мероприятия применяются, чтобы обеспечить чистый атмосферный воздух и избежать глобальных последствий химического загрязнения.

Очистка выбросов

Для обеспечения экологической безопасности газовоздушные выбросы подвергают очистке, снижая концентрацию загрязнителей до пределов санитарно-гигиенических норм. Основной норматив безопасности выбросов – ПДК.

Очистка и обезвреживание выбросов – самый распространенный способ защиты атмосферы от химического загрязнения. После очистки остаточное количество ЗВ (в пределах установленных норм) рассеивается в атмосферном воздухе через дымовые трубы.

Химические (и механические) примеси улавливаются установками очистки и обезвреживания газовых выбросов.

В зависимости от агрегатного состояния и химических свойств ЗВ применяют разные методы очистки:

  • электрическую (электрофильтрами);
  • фильтрацию (рукавными фильтрами);
  • абсорбцию;
  • адсорбцию;
  • химическую сорбцию;
  • термические методы очистки, в том числе каталитические.

Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 22-2016 – документ по стандартизации, применяемый при выборе способа очистки выбросов при эксплуатации крупных промышленных объектов.

Фото 17

Новые, современные технологии очистки выбросов ЗВ в атмосферный воздух должны соответствовать требованиям ИТС 22-2016.

Мероприятия по борьбе с выбросами автомобилей

Чтобы снизить вклад в химическое загрязнение атмосферы от выхлопных газов автотранспорта, предусмотрено следующее:

  1. Контроль токсичности выхлопных газов. При нормальной работе двигателя концентрация окиси углерода должна соответствовать установленным нормативам.
  2. Внедрение новых системы регулирования уличного движения, чтобы свести к минимуму пробки (постоянно то останавливаясь, то набирая скорость, автомобиль выбрасывает намного больше ЗВ, чем при равномерном движении).
  3. Строительство автомагистралей в обход городов, чтобы снизить интенсивность движения в населенных зонах.
  4. Перевод автотранспорта на экологичные виды топлива.
  5. Совершенствование конструкции ДВС.
  6. Оснащение автомобилей нейтрализаторами токсичности газов.
  7. Внедрение «чистого» транспорта – электромобилей.

Мониторинг в городах

К одному из направлений охраны атмосферы от химического загрязнения относится развитие наблюдательной сети в соответствии со Стратегией деятельности в области гидрометеорологии и смежных с ней областях на период до 2030 года, утвержденной распоряжением Правительства РФ № 1458-р.

В частности, предусмотрены такие мероприятия:

  1. Проведение регулярных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха, увеличение частоты наблюдений.
  2. Организация мониторинга в 43 городах с населением свыше 100 тыс. жителей.
  3. Расширение перечня определяемых ЗВ до международных требований.
  4. Поэтапное внедрение автоматизированных систем непрерывного измерения содержания основных загрязнителей в атмосферном воздухе населенных пунктов.

НДВ

Предельно допустимые выбросы (ПДВ) – масса выбросов ЗВ в единицу времени от совокупности источников загрязнения конкретного промышленного предприятия. Норматив устанавливается с учетом перспективного развития объекта.

Кроме того, учитывается рассеивание ЗВ в атмосфере, создающее приземные концентрации загрязнителей, не превышающие их ПДК.

Нормативы допустимых выбросов (НДВ) – нормативы выбросов ЗВ в атмосферный воздух, которые определяются как объем или масса химических веществ (смеси химических веществ), допустимые для выброса стационарными источниками.

Устанавливаются для устойчивого функционирования естественных экологических систем, сохранения биологического разнообразия. НДВ устанавливаются для одиночных источников и для предприятия в целом.

НДТ

Экологическое нормирование, основанное на принципах наилучших доступных технологий (НДТ), касается отраслей, наиболее воздействующих на окружающую среду. С 2015 года бюро НДТ разработан ряд справочников, затрагивающих деятельность более 15 тыс. предприятий.

СЗЗ

Вокруг предприятий, которые являются (или будут являться после ввода в эксплуатацию после строительства или реконструкции) источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека, устанавливается специальная территория с особым режимом использования – санитарно-защитная зона (СЗЗ).

Фото 18

Такая мера предусмотрена Федеральным законом от 30.03.1999 №52-ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

Размер защитной зоны сокращает уровень воздействия химического загрязнения на атмосферный воздух до значений, ограниченных гигиеническими нормативами и уровнем приемлемого риска для здоровья населения.

СЗЗ также минимизирует физическое и биологическое воздействие.

Размеры СЗЗ (от 50 до 1000 м и более) зависят от:

  • специфики производства;
  • мощности;
  • объема выбросов;
  • свойств выделяемых загрязнений.

Для магистральных нефтепроводов, компрессорных установок создаются санитарные разрывы (санитарные полосы отчуждения).

Прочие мероприятия по охране атмосферы

Предприятия, являющиеся источниками загрязнения атмосферного воздуха, обязаны:

  1. Разрабатывать мероприятия на период неблагоприятных метеоусловий (НМУ), выполнять эти мероприятия в периоды наступления НМУ.
  2. Проводить паспортизацию очистных сооружений, проверять их техническое состояние и фактическую эффективность.
  3. Проводить инвентаризацию источников выбросов.
  4. Осуществлять учет выбросов.
  5. Составлять статистическую отчетность по форме 2-ТП (воздух).
  6. Разрабатывать программу производственного экологического контроля (ПЭК).
  7. Проводить контроль состава выбросов, качества воздуха на границе СЗЗ и в селитебной зоне.

Перечень обязательных мероприятий зависит от категории объекта негативного воздействия.

Действия источников химического загрязнения при НМУ

Неблагоприятные метеорологические условия способствуют накоплению примесей в приземном слое атмосферы, поэтому в такие периоды предприятия обязаны проводить мероприятия по снижению выбросов. Приняты 3 степени предупреждения о наступлении НМУ, в зависимости от прогнозируемой концентрации контролируемых веществ относительно ПДК.

Цель сокращения выбросов:

Режим Результат и характеристика мероприятий
I
  • обеспечивают снижение концентрации ЗВ на 15-20 %;
  • быстро осуществляются;
  • не сопровождаются существенными затратами;
  • не снижают производительность.
II
  • обеспечивают снижение концентрации ЗВ на 20-40 %;
  • включают мероприятия I режима, а также мероприятия, влияющие на технологические процессы;
  • незначительно снижают производительность.
III
  • обеспечивают снижение концентрации ЗВ на 40-60 % (иногда требуется полное прекращение выбросов);
  • включают мероприятия I и II режима, а также мероприятия по снижению выбросов за счет временного сокращения производительности.

Канцерогеноопасный объект

Канцерогеноопасная организация (предприятие) – организация, в которой работники могут подвергаться воздействию канцерогенных факторов или существует потенциальная опасность загрязнения атмосферного воздуха химическими веществами-канцерогенами.

Фото 19

Факторы производственной среды и производственные процессы, обладающие канцерогенными свойствами:

Химические факторы
  • асбесты;
  • бензапирен;
  • винилхлорид;
  • мышьяк и его неорганические соединения;
  • тальк;
  • формальдегид;
  • хрома шестивалентного соединения;
  • древесная пыль;
  • сажа черная;
  • кожевенная пыль.
Производственные процессы
  • процессы обработки древесины;
  • медеплавильное производство;
  • производство кокса;
  • производство резины и изделий из нее;
  • производство чугуна и стали;
  • электролитическое производство алюминия;
  • производство никеля;
  • процессы производства кожи;
  • изделий из кожи.

Кроме химических факторов, канцерогенными свойствами обладают:

  • ионизирующее излучение;
  • воздействие инсоляции;
  • УФ-радиация (физические факторы),

а также различные вирусы и бактерии (биологические факторы).

Выброс некоторых веществ с высокой биологической активностью полностью запрещен.

Запрет касается нескольких десятков веществ, среди которых:

  • пыль наркотических анальгетиков;
  • противоопухолевые препараты;
  • некоторые антибиотики.

Квотирование выбросов

По 31 декабря 2024 года в 12 промышленных российских городах (Красноярск, Липецк, Челябинск и другие) проводится эксперимент по квотированию выбросов. Цель эксперимента – снижение уровня загрязнения атмосферного воздуха в отдельных городских округах.

Квотирование выбросов проводится с целью регулирования выбросов приоритетных загрязнителей — определяется, насколько возможно увеличить концентрацию ЗВ, чтобы не превысить ПДК, вычисляется допустимый вклад в концентрацию конкретных объектов.

Видео-ролик по теме статьи

Данное видео содержит подробный рассказ о химическом загрязнении воздуха и о том, как оно влияет на здоровье людей:

Заключение

Химическое загрязнение атмосферы считается очень опасным. По мере развития промышленности появляются новые химические вещества, образуются неизвестные ранее продукты их трансформации.

Загрязнители атмосферы классифицируются по множеству признаков, включены в специальный перечень.

К главным источникам химического загрязнения относятся:

  • теплоэнергетика;
  • металлургия и металлообработка;
  • предприятия горнодобывающего комплекса;
  • коксохимическое производство;
  • целлюлозно-бумажная промышленность.

Основные загрязнители химического спектра – соединения серы, азота, углерода. Одни факторы усиливают загрязненность воздуха, другие снижают. Для защиты атмосферного воздуха предусмотрено установление ПДК, нормирование выбросов, СЗЗ, мониторинг и производственный контроль, очистка выбросов и другие мероприятия.