Аэрозольные загрязнения

     Содержание

1. Введение                                                                                                                                        2

2. Влияние на атмосферу                                                                                                                  2

3. Основные источники загрязнения                                                                                               2

4. Классификация частиц                                                                                                                 5

5. Воздействие на организм                                                                                                             6

6.Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ    промышленными предприятиями                                                                                                   7

     Введение

     Загрязнение — привнесение в какую-либо среду новых не характерных для неё веществ или превышение естественного среднемноголетнего уровня концентрации этих агентов в среде. Загрязнения подразделяются на природные (вызванные естественными причинами) и антропогенные (связанные с деятельностью человека). Непосредственными объектами загрязнения служат атмосфера, вода, почва. Косвенными объектами загрязнения (жертвами загрязнения) оказываются растения, животные, микроорганизмы, человек.

     Аэрозоли  — это аэродисперсные (коллоидные) системы, в которых неопределяемо  долгое время могут находиться во взвешенном состоянии твердые частицы (пыль), капельки жидкости, образующиеся либо при конденсации паров, либо при взаимодействии газовых сред, либо попадающие в воздушную среду без изменения фазового состава. Воздух или газ являются дисперсной средой, а твердые и жидкие частицы - дисперсной фазой. Значительная часть аэрозолей формируется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. 

Влияние на атмосферу

     В атмосфере аэрозольные загрязнения  воспринимаются в виде дыма, тумана. По своему происхождению аэрозоли подразделяются на естественные и искусственные. Первые возникают в природных условиях без участия человека.

       Они поступают в тропосферу (реже -в стратосферу) при извержении  вулканов, сгорании метеоритов, при возникновении пылевых бурь, поднимающих с земных поверхностей частицы почвы и горных пород, а также при лесных и степных пожарах

  Во время извержения вулканов, черных бурь или пожаров образуются громадные пылевые облака, которые нередко распространяются на тысячи километров. Штормовые ветры сбрасывают с гребней волн капельки морской воды, насыщенной солями хлоридов и сульфатов, которые осаждаются как на водной поверхности, так и на суше. В Англии, к примеру, ежегодно на 1 м2 суши прибрежной зоны осаждается 25—35 г солей. 

     Основные  источники загрязнения

     Основными источниками искусственных аэрозольных  загрязнений воздуха являются тепловые электростанции, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы.

     Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического  состава. Чаше всего в них обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода (несгоревший уголь, сажа, смола); реже - оксиды железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест.

       Большее разнообразие свойственно  органической пыли, включающей алифатические  и ароматические углеводороды, а  также соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях.

     Основными источниками искусственных аэрозольных  загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава.

       Чаще всего в их составе  обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот.

       Она образуется при сжигании  остаточных нефтепродуктов, в процессе  пиролиза на нефтеперерабатывающих,  нефтехимических и других подобных  предприятиях.

     Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС.

     Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва ( 1250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 12 тыс.куб.м. условного оксида углерода и более 1150 т. 0пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

     К атмосферным загрязнителям относятся  углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 11 до 13 0 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.

     Фотохимический  туман представляет собой многокомпонентную  смесь газов и аэрозольных  частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами.

     Фотохимический  смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой.

     При продолжительной ясной погоде солнечная  радиация вызывает расщепление молекул  диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона.

     В результате продолжающейся диссоциации  новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере  постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается.

     В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью.

     Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и  другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию  на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.  

     Классификация частиц

     Для сравнительной характеристики участия  естественных и искусственных источников загрязнения воздуха твердыми частицами  в таблице снизу приведены данные о поступлении в атмосферу первичных загрязнителей. Там же представлены сведения о вторичных загрязнителях, связанных с новообразоваями в атмосфере.

     Независимо  от происхождения и условий образования  аэрозоль, содержащий твердые частицы  размером менее 5,0 мкм, называется дымом, а содержащий мельчайшие частицы жидкости — туманом. Разновидностью тумана является смог, представляющий собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц. В состав смеси входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами.

     Смог  возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой  концентрации оксидов азота, углеводородов  и других загрязнений, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое. Время пребывания частиц в атмосфере зависит как от их размеров и плотности, так и от состояния атмосферы (скорости ветра, состава, температуры). Крупные частицы обычно не переносятся в верхние слои атмосферы и оседают в течение нескольких часов вблизи источников их образования с рассеиванием у земной поверхности в подветренную сторону. Поэтому над крупными промышленными центрами образуются мощные скопления пылей и аэрозолей.

     Мелкие  частицы (размер частицы меньше 1 мкм) имеют время пребывания в нижних слоях атмосферы 10—20 суток, что достаточно для их распространения на большие  расстояния от источников образования. При этом за счет перемещений воздушных  потоков они могут проникать в верхние слои тропосферы и из них - в стратосферу. Атмосферная пыль и аэрозоли ослабляют солнечное излучение в результате рассеяния, отражения и поглощения лучистой энергии. При достаточно длительном сохранении интенсивных загрязнений атмосферы это приводит к понижению температур и локальным изменениям климатических условий, что наиболее заметно в крупных городах и промышленных центрах.

     Пыль  и аэрозоли играют заметную негативную роль в процессах коррозии металлических  и силикатных материалов из-за образования на поверхностях отложений. В них содержатся сульфаты и хлориды, удерживающие влагу, в которой могут растворяться кислотные газы (SO2 и НС1). Образующиеся кислоты, удерживаемые в отложениях, разрушают изделия из камня, стекла, металлов. Пылевые и аэрозольные загрязнения атмосферы оказывают заметное влияние на здоровье человека, состояние флоры и фауны. Снижение потока солнечного излучения уменьшает образование (действием УФ-лучей) витамина D3, недостаток которого отрицательно сказывается на формировании костных тканей, обусловливая заболевания рахитом. УФ-лучи уничтожают некоторые микроорганизмы, оказывая стерилизующее действие. Недостаток УФ-лучей повышает риск инфекционных бактериальных заболеваний у растений и животных. 

     Воздействие на организм

     В зонах интенсивных пылевых загрязнений  возникает ряд специфических  заболеваний. К ним, среди прочих, относятся силикоз и асбестоз, приводящие к изменению тканей легких. Силикоз вызывается кварцевой пылью  с размерами частиц около 3 мкм. Асбестоз - иглами асбеста длиной более 5 мкм и сечением около 3 мкм.

     В отличие от химически инертных частиц кварца и асбеста, действующих на организм чисто механически, мельчайшие частицы металлов, или ионы металлов, вызывают образование в крови  токсических продуктов биохимических реакций. Особенно распространенными заболеваниями являются токсичные отравления свинцом, кадмием, алюминием, бериллием и их соединениями, а также вспышки инфекционных заболеваний у людей, имевших длительный контакт с пылью вольфрама, ванадия, титана и ряда шлаков металлургических производств.

     Многие  виды пылей антропогенного происхождения  являются причинами аллергических  заболеваний. При этом аллергенами  могут быть пыли как минерального, так и органического происхождения. Гигроскопические пыли могут обезвоживать поверхности листьев растений, образуя на них корку, что нарушает естественные процессы обмена.