Экологические проблемы в строительной индустрии

Экологические проблемы в строительной индустрии.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на.

Размещено на.

Экологические проблемы в строительной индустрии.

1. Введение в экологические проблемы в строительной индустрии.

2. Нормирование примесей атмосферы.

3. Загрязнение атмосферы.

1. Введение в экологические проблемы в строительной индустрии.

Необъятный земной шар становиться мал для развивающейся промышленности, вновь строящихся городов, быстро прибывающего населения. Такими же быстрыми темпами нарастают экологические проблемы. Каждый год в мире сжигается 20 млрд. тонн кислорода. Его баланс пока сохраняется на Земле за счет тропических лесов. Но и их с каждым годом становится все меньше и меньше. В целом на земном шаре сейчас используют более 100 млрд. тонн различных веществ в год. Ученые подсчитали, что за последние сто лет только в атмосферу было выброшено около 1,5 млн. тонн мышьяка, 1 млн. тонн никеля, 1,35 млн. тонн кремния, 900 тысяч тонн угарного газа, 600 тысяч тонн цинка. Одна средняя ТЭС за сутки выбрасывает до 800 тонн золы и 125 тонн сернистого ангидрида. Это далеко не полный перечень того, что попадает в атмосферу от антропогенной деятельности. Воды морей и океанов испытывают сильнейшую экологическую нагрузку, что приводит к снижению очистительных свойств морских вод, уменьшению их биологической продуктивности. Почвенный покров планеты уже не справляется с техногенными отходами, во многих случаях природа еще не приспособилась перерабатывать чуждые ей загрязнения. Природа испытывает сильнейшие нагрузки, ведущие к её угнетению и гибели. В этой нерадостной картине строительной индустрии принадлежит немалая лепта. Наступило время, когда не только нужно громко говорить об этом, но и осваивать новые науки, которые бы помогали в решении экологических проблем. Одной из таких новых наук является строительная экология. Какие вопросы будет она рассматривать. Перечень этих вопросов значителен.

· основные виды техногенных и антропогенных воздействий при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

· способы сохранения поверхности земли при строительстве.

· сохранение литосферы и грунтовых вод.

· биопозитивные строительные решения.

· природосберегающая технология строительства.

· утилизация отходов при строительстве.

· использование возобновляемых источников энергии.

· применение безотходных технологий в решениях зданий.

· мониторинг состояния среды и принятия решений по его результатам.

· архитектурно-строительные аспекты строительной экологии.

· правовые вопросы экологии и охраны среды.

К техногенным и антропогенным воздействиям на природу относят все виды воздействий, создаваемых техникой и непосредственно человеком. К ним относятся.

· загрязнения (внесение в среду нехарактерных для нее новых физических, химических или биологических агентов, или превышение имеющегося естественного уровня этих агентов.

· технические преобразования и разрушения природных систем и ландшафтов (в процессе добычи природных ресурсов, строительства и др.

· исчерпание природных ресурсов (полезные ископаемые, вода, воздух и др.

· глобальные климатические воздействия (изменение климата в связи с деятельностью человека.

· эстетические воздействия (изменения природных форм, неблагоприятных для визуального и другого восприятия.

В результате таких всесторонних воздействий меняется состав биосферы, круговорот и баланс веществ. Изменяется тепловой баланс земного шара, структура земной поверхности (застройка, укладка асфальта, строительство искусственных водоёмов, мелиорация и т.д.) истребляются и перемещаются в новые места обитания некоторые виды животных и растений. Все техногенные воздействия приводят к ухудшению качества окружающей среды, которое отличается консерватизмом, т.к. оно вырабатывалось в течение миллионов лет эволюции. Одним из основных видов негативных воздействий являются загрязнения. Загрязнения делятся в зависимости от типа источника, последствий и мер контроля. Это сточные воды, газообразные выбросы, нечистоты, поглощающие кислород, носители инфекций, вещества, представляющие питательную ценность для сорных растений, минералы, неорганические кислоты, соли, твердые стоки, радиоактивные вещества и др. Загрязнения от источников (отходы промышленных предприятий, стройплощадок, бытовые отходы, отходы транспорта, энергетики, сельского хозяйства, а также химические средства защиты растений) поступают в атмосферу, гидросферу, литосферу, причём из экотопа (мест обитания биотического сообщества) они передаются всем составляющим биоценоза (растениям, животным, микроорганизмам)). Загрязнения могут быть природными (обычно вызванные катастрофами - вулканами, селями, торнадо, цунами, землетрясениями и др.) и антропогенными (от деятельности человека). Антропогенные загрязнения делят на биологические, механические, химические, физические. Можно выделить ещё одно специфическое для строительства загрязнение - визуальное и эстетическое, заключающееся в неблагоприятном изменении ландшафта.

Физическое загрязнение может быть тепловым вследствие повышения температуры из-за потерь тепла в промышленности, в жилых домах, теплотрассах и т.д.; шумовым - из-за повышения интенсивности шума вследствие работы предприятий, стройплощадок, движения транспорта и др.; световым - вследствие повышения освещённости из-за искусственных источников света; электромагнитным - из-за действия радио, телевизоров, промышленных установок; радиоактивным - из-за повышения естественного уровня (фона) содержания радиоактивных веществ (например, в сырье для производства строительных материалов, в каменном угле при сжигании его в котлах ТЭС). Физические загрязнения могут привести к развитию аномалий у животных, растений и человека. Химическое загрязнение может быть вызвано внесением каких-либо новых химических соединений (например, на основе полимеров) или повышением концентрации присутствующего в природной среде химического вещества. Многие из химических веществ активны и могут взаимодействовать с молекулами веществ, входящих в состав живого организма, или активно окисляться на воздухе, при этом они становятся ядовитыми по отношению к живым организмам.

Механическое загрязнение, вызываемое веществами, не оказывающими на среду физического или химического воздействия, особенно характерно для строительства и производства строительных материалов. Сюда входят отходы камнепиления и производства железобетона, отходы при ремонте зданий и сооружений. Биологическое, а также микробиологическое загрязнения происходят при поступлении в окружающую среду биологических отходов в результате быстрого размножения микроорганизмов на антропогенных субстратах. Эти загрязнения характерны для строительной индустрии в связи с развитием новой отрасли - строительной биологии. Все виды загрязнений, проникающих в воздух, почву, воду поступают в живые организмы, снижая продуктивность или уничтожая экосистемы. Большую лепту в картину загрязнения окружающей среды вносит строительная индустрия.

Например, застройка и асфальтирование все больших площадей поверхности земли, сопоставимое в настоящее время с площадью поверхности земного шара, не только исключает из естественного отбора определенную часть земли, но и изменяет режим грунтовых вод, испарение и т.д. что в итоге разрывает сложившиеся связи в системе биогеоценоза. Однако ни кто ещё не считал, какая часть поверхности земного шара может быть закрыта непроницаемой оболочкой, чтобы биосфере был нанесён непоправимый ущерб. Будущими инженерами-строителями должны быть рассмотрены и изучены все виды воздействий на природу при строительстве зданий и сооружений, а также предложены меры по защите окружающей среды с помощью строительных мероприятий. В состав таких мероприятий входят.

· защита и помощь в рациональном развитии воздушной, геологической, гидрогеологической среды живой природы (биозооценозом.

· борьба с загрязнителями: химическим, биологическими, минеральными, тепловым, акустическим, визуальным.

· экономное расходование не возобновляемых ресурсов Земли (энергоносителей и др.

· сохранение и восстановление земли для целей сельского хозяйства, рекреации, создания парков, садов, заповедников.

· охрана геологических и культурных памятников.

· создание экологически чистых зданий при сбалансированном состоянии урбанизованной и природной среды.

· мониторинг с целью принятия своевременных решений.

Начиная любое строительство (поселений, городов, объектов), необходимо применить рациональную планировку (соотношение урбанизованной и природной сред), а также ландшафтную архитектуру (учитывая рельеф местности и геологическую среду). Необходимо, чтобы архитектурно-строительные аспекты вписывали бы объект в окружающую среду. Основным принципиальным направлением современного строительства является сохранение поверхности земли и рельефа, т.е. осуществлять строительство там, где не могут быть использованы территории для сельского хозяйства или рекреации (склоны, лощины, холмы, овраги, прибрежные участки). Кроме того, необходимо развивать подземное и полуподземное строительство, а также строить здания, поднятые над поверхностью земли на опорах (столбах) и здания на искусственных территориях (например, создаваемые на шельфе). Инженеры-строители должны развивать биопозитивное строительство. Под биопозитивными зданиями и сооружениями имеются в виду здания, помогающие развитию живой природы - флоры и фауны. Например, биопзитивные инженерные конструкции.

· озеленяемые подпорные стены.

· шумо-защитные экраны, размещаемые вдоль магистралей и внутри кварталов.

· озеленяемые крыши, террасы, стены.

· биопозитивные подводные конструкции - коллекторы для разведения различных организмов и получения морепродуктов и др.

Большое внимание следует уделять вопросам утилизации отходов промышленности и строительства с целью производства дешёвых строительных материалов и использования вторичной энергии - тепла энергоносителей. Для этого используются основные виды отходов промышленности.

· отходящие дымовые газы тепловых агрегатов.

· неиспользованные горные породы (вскрышные.

· отходы самого строительства (строительные конструкции и элементы с браком.

Инженеры-строители должны знать современные способы и методы утилизации отходов при производстве различных строительных материалов (например, тяжелых, легких, особо лёгких бетонов, камней из шламов или терсы - отходов камнепиления и др.), а также способы утилизации тепла и газов биологических свалок (что в настоящее время весьма актуально). Инженерам-строителям необходимо применять современные достижения в области разработки и создания нетрадиционных (возобновлямых) источников энергии. Все нетрадиционные источники энергии рассматриваются применительно к нуждам строительства, т.е. обеспечение энергией и теплом с целью создания экономически чистых зданий.

· использование солнечной энергии с помощью различных типов гелеонагревателей.

· использование преобразователей солнечной энергии в электрическую.

· использование тепловых насосов для утилизации тепла.

· Использование энергии ветровых и волновых электростанций. Конструктивные решения таких станций можно совмещать со зданиями различного назначения в акватории и на территориях с постоянными сильными ветрами.

· Использование энергии подземного тепла.

Инженеры-строители должны знать способы мониторинга за состоянием окружающей среды с целью принятия своевременных решений об изменениях в планах строительства или эксплуатации построенных объектов. Для сфер (воздушной, водной, для земли и живой природы) оценивают загрязнения (минеральные, химические, биологические, тепловые, шумовые), а также уровень и движение грунтовых вод, состояние, качественный и количественный состав растительности, эрозия почв, шлейфы выбросов в воздух и воду и многое другое. Инженер-строитель обязан знать правовые вопросы охраны окружающей среды, свой обязанности и ответственность за нарушение правовых актов (вплоть до уголовной.

2. Нормирование примесей атмосферы.

экологический строительный атмосфера природный.

Примеси, поступающие в атмосферу, оказывают различное токсическое воздействие на организм человека. Оксид углерода СО. Воздействует на нервную и сердечно-сосудистую системы, вызывает удушье (соединяется с гемоглобином крови, который становится неспособным переносить кислород к тканям). Поскольку оксид углерода - бесцветный газ и не имеет запаха, это делает его особенно опасным. Первичные симптомы отравления оксидом углерода (появление болей в голове) возникают при концентрациях СО около 200-220 мг/м 3 при длительности воздействия в течение 2-3 ч. При несколько больших концентрациях СО появляется ощущение пульса в висках, головокружение. При наличии в воздухе оксидов азота токсичность СО возрастает, поэтому допустимые концентрации СО в воздухе должны быть снижены приблизительно в 1,5 раза. Оксиды азота NOx (NO, N 2 O 3 . NO 2 . N 2 O 5 ). Основной выбрасываемый оксид NO2 не имеет цвета и запаха, очень ядовит, раздражающе действует на органы дыхания человека. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они, взаимодействуя с углеводородами выхлопных газов автомашин, образуют фотохимический туман - «смог». Отравление оксидами азота начинается легким кашлем. При повышении концентрации NOx возникает сильный кашель, рвота, иногда головная боль. При контакте оксидов азота с влажной поверхностью легких образуются кислоты HNO 3 и HNO 2 . что приводит к отеку легких. При многочасовом воздействии переносимы концентрации не выше 70 мг/м 3. При концентрации оксидов азота 10-20 мг/м 3 ощущается запах. При 3 мг/м 3 не наблюдается никаких явлений. Оксиды азота взаимодействуют со многими материалами, разрушая их. Диоксид серы SO 2 . Бесцветный газ с острым запахом; уже в малых концентрациях (20-30 мг/м 3 ) создает неприятный вкус во рту; раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательные пути, при концентрациях около 50 мг/м 3 образуя последовательно Н 2 SО 3 и H 2 SO 4 . Порог запаха составляет 3-6 мг/м 3. В природе наиболее чувствительны к SО 2 хвойные и лиственные леса, так как SO2 накапливается в листьях и хвое. При содержании SO 2 в воздухе от 0,23 до 0,32 мг/м 3 происходит усыхание сосны за 2-3 года в результате нарушения фотосинтеза и дыхания хвои. Аналогичные изменения у лиственных деревьев возникают при концентрации SO 2 около 0,5-1,0 мг/м 3. Углеводороды (пары бензина, пентан, гексан и др.). Обладают наркотическим действием, в малых концентрациях снижают активность, вызывают головную боль, головокружение и т. п. Так, при вдыхании в течение 8 ч паров бензина в концентрации около 600 мг/м 3 возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле. Особую опасность представляют собой канцерогенные вещества - непосредственный контакт с ними живой ткани может привести к возникновению злокачественной опухоли. Наиболее опасно попадание этих веществ в органы дыхания.

Из организма канцерогенные вещества не выводятся. К канцерогенным веществам относится бенз(а)пирен (С 20 Н 12 ), который образуется в процессах пиролиза угля и углеводородных топлив (при температуре более 600° С), обнаруживается в саже, дымовых газах и отработавших газах автомобилей. Альдегиды (главным образом формальдегид). При воздействии на человека вызывают раздражающее действие на слизистые оболочки глаз и дыхательные пути. Запах формальдегида отмечается при концентрации 0,2 мг/м 3. Длительное пребывание в атмосфере с концентрацией формальдегида от 1,0 до 9,5 мг/м 3 приводит к раздражению слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, а при содержании формальдегида до 20-70 мг/м 3 отмечается головная боль, слабость, потеря аппетита, бессоница, сильное раздражение слизистых оболочек глаз. Атмосферная пыль различного происхождения и химического состава. Постоянно присутствует в атмосфере. При неполном сгорании топлив образуется сажа, которая представляет собой высокодисперсный нетоксичный порошок, на 90-95% состоящий из частиц углерода. Сажа обладает большой адсорбционной способностью по отношению к тяжелым углеводородам и в том числе к бенз(а)пирену, что делает сажу весьма опасной для человека. Источником атмосферной пыли является зола, образующаяся при сгорании топлив и в определенных количествах уносимая в атмосферу отходящими газами.

В золе содержатся углерод, углеводороды в виде смол и масел и неорганические соединения. Дисперсный состав пылей и туманов определяет их проникающую способность в организм человека, устойчивость пылевых выбросов в атмосфере и почти всегда является решающим фактором при выборе средств и способов защиты атмосферы от пылевых выбросов и туманов. Особую опасность для человека представляют токсические тонкодисперсные пыли с размером частиц 0,5-10 мкм, поступающие в атмосферу с вентиляционными выбросами и легко проникающие в органы дыхания. Характерные размеры частиц некоторых видов твердых и жидких примесей атмосферы приведены ниже.

Таблица 1. Характерные размеры частиц некоторых видов твердых и жидких примесей атмосферы.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) примесей. Основной физической характеристикой примесей атмосферы является концентрация - количество вещества в единице объема воздуха при нормальных условиях, обычно в мг/м 3. Концентрация примесей определяет физическое, химическое и другие виды воздействия вещества на окружающую среду и относится к основным параметрам при нормировании допустимых концентраций примеси в атмосфере.

Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосфере населенных пунктов регламентированы списком Министерства здравоохранения СССР № 1892-78 от 1 августа 1978 г. с дополнениями № 2063-79 от 11 октября 1979 г. и № 2394-81 от 7 мая 1981 г. в соответствии с которым установлены класс опасности вещества, допустимые максимальная разовая и среднесуточная концентрация примесей (Для вредных веществ, ПДК которых не утверждены, Министерством здравоохранения СССР определены ориентировочные безопасные уровни вредности (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосфере населенных пунктов. ОБУВ утверждается сроком на 3 года). Приоритет научного обоснования уровней допустимого содержания примесей в атмосфере принадлежит советским ученым и прежде всего В.Я. Рязанову. ПДК - это максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного действия, включая отдаленные последствия, и на окружающую среду в целом. Если вещество оказывает на окружающую природу вредное действие в меньших концентрациях, чем на организм человека, то при нормировании исходят из порога действия этого вещества на окружающую природу.

Максимальная разовая ПДК - основная характеристика опасности вредного вещества. Она устанавливается с целью предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных примесей. Среднесуточная ПДК - для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и другого влияния вещества на организм человека. Концентрации вредных веществ определяются по пробам, отобранным в течение 20-30 мин. Регламент отбора проб воздуха в селитебных зонах определен ГОСТ 17.2.3.01-77. Наибольшая концентрация. С каждого вредного вещества в приземном слое не должна превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации, т.е.

С ПДКмакс. При одновременном присутствии в атмосфере нескольких вредных веществ, обладающих однонаправленным действием, их безразмерная суммарная концентрация должна удовлетворять условию.

С1/ПДК1 + С2/ПДК2 +. + Сn/ПДКn 1, (1.

где С1 С2. Сn - концентрация вредных веществ в атмосфере в одной и той же точке местности, мг/м 3.

ПДК1, ПДК2. ПДКn - максимальные разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосфере, мг/м 3.

Эффектом однонаправленного действия (суммации) обладает ряд вредных веществ, например диоксиды серы и азота; диоксид серы и сероводород; сильные минеральные кислоты (серная, соляная, азотная); этилен, пропилен, бутилен, амилен; озон, диоксид азота, формальдегид и др. Например, высоту труб современных ТЭС рассчитывают из условия, что концентрации SO 2 и NOx в приземном слое атмосферы удовлетворяют условию СSO 2 /ПДКSO 2 +СNOx/ПДКNOx 1.

В таблийе приведены допустимые концентрации некоторых наиболее характерных веществ, загрязняющих атмосферу в городах и населенных пунктах. Для сравнения приведены предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосфере, регламентированные в ФРГ. В США максимальные ПДК (часовая норма) вредных веществ составляют, мг/м 3. по пыли - 0,12, по S0 2 - 0,75. Наибольшие различия в ПДК относятся к оксидам азота, по которым в ряде стран нормы вообще отсутствуют. Только в СССР начиная с 1966 г. при нормировании учитывается суммарное воздействие оксидов SOx и NOx. Предельно допустимые выбросы (ПДВ.

В соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.3.02-78 для каждого источника загрязнения атмосферы устанавливается предельно допустимый выброс вредных веществ из условия, что выбросы вредных веществ от данного источника и совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК для населения, растительного и животного мира.

Расчет ПДВ ведут в соответствии с СН 369-74. Если на территории предприятия действует несколько мелких одиночных источников выбросов (например, вентиляционные выбросы, выбросы от энергетических установок и т. п.), то устанавливают суммарный ПДВ для предприятия или объекта. При установлении ПДВ для источника загрязнения атмосферы необходимо учитывать значения фоновых концентраций вредных веществ в воздухе Сф от остальных источников загрязнения, действующих в данной местности. В этом случае необходимо выполнять условие С + Сф ПДК. Контроль ПДВ ведут измерением концентраций примесей в течение 20 мин, а также в среднем за сутки, месяц, год. СНиП 11-33-75 регламентируют допустимое содержание пыли в выбросах Св (мг/м 3 ) вентиляционного воздуха промышленных предприятий: а) при объемном расходе воздуха более 15000 м 3 /ч Св=100 К2; б) при объемном расходе воздуха 15000 м 3 /ч и менее.

где Qv - объемный расход воздуха, тыс. м 3 /ч.

К2 - коэффициент, принимаемый в зависимости от ПДК пыли в воздухе рабочей зоны производственного помещения: Коэффициент, принимаемый в зависимости от ПДК пыли в воздухе рабочей зоны производственного помещения ПДК, мг/м 3 2 2-4 4-6 6 К2 0,3 0,6 0,8 1,0.

Нормирование содержания СО в отработавших газах ДВС, работающих на бензине, ведется в соответствии с ГОСТ 17.2.2.03-77. Содержание СО контролируется на режиме холостого хода при двух частотах вращения коленчатого вала двигателя: минимальной n мин.х.х и повышенной, равной 0,6 номинальной частоты холостого хода, т. е. 0,6 nHOM.X.X. Объемная доля СО в отработавших газах не должна превышать 1,5 и 1,0% соответственно для указанных режимов.

Таблица 2. ПДК наиболее характерных веществ, загрязняющих атмосферный воздух.

3. Загрязнение атмосферы.

Состав, количество и опасность аэрополлютантов. Из 52 Гт глобальных антропогенных выбросов в атмосферу более 90% приходится на углекислый газ и пары воды, которые обычно не относят к загрязнителям (об особой роли выбросов СО 2 говорится ниже). Техногенные выбросы в воздушную среду насчитывают десятки тысяч индивидуальных веществ. Однако наиболее распространенные, «многотоннажные» загрязнители сравнительно немногочисленны. Это различные твердые частицы (пыль, дым, сажа), окись углерода (СО), диоксид серы (SO 2 ), окислы азота (NO и NO 2 ), различные летучие углеводороды (СН x ), соединения фосфора, сероводород (H 2 S), аммиак (NН 3 ), хлор (С1), фтористый водород (HF). Количества первых пяти групп веществ из этого перечня, измеряемые десятками миллионов тонн и выбрасываемые в воздушную среду всего мира и России, представлены в табл. 6.4. Вместе с другими веществами, не указанными в таблице, общая масса выбросов от всех организованных источников, эмиссии которых можно измерить, составляет около 800 млн. т. В эти количества не входят загрязнения воздуха при ветровой эрозии, лесных пожарах и вулканических извержениях. Сюда не входит также та часть вредных веществ, которая улавливается с помощью различных средств очистки отходящих газов.

Наибольшая загрязненность атмосферы приурочена к индустриальным регионам. Около 90% выбросов приходятся на 10% территории суши и сосредоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии. Особенно сильно загрязняется воздушный бассейн крупных промышленных городов, где техногенные потоки тепла и аэрополлютантов, особенно при неблагоприятных метеоусловиях (высоком атмосферном давлении и термоинверсиях), часто создают пылевые купола и явления слога - токсичных смесей тумана, дыма, углеводородов и вредных окислов. Такие ситуации сопровождаются сильными превышениями ПДК многих аэрополлютантов.

Таблица 3. Выбросы в атмосферу пяти главных загрязнителей в мире и в России (млн. т.

По данным государственного учета, суммарные выбросы загрязняющих веществ на территории РФ за 1991-1996 гг. уменьшились на 36,3 %, что является следствием падения производства. Но темп снижения выбросов меньше темпа спада производства, а в расчете на единицу ВНП выбросы в атмосферу сохраняются на одном уровне. Более 200 городов России, население которых составляет 65 млн. человек, испытывают постоянные превышения ПДК токсичных веществ. Жители 70 городов систематически сталкиваются с превышениями ПДК в 10 и более раз. Среди них такие города, как Москва, Санкт-Петербург, Самара, Екатеринбург, Челябинск, Новосибирск, Омск, Кемерово, Хабаровск.

В перечисленных городах основной вклад в общий объем выбросов вредных веществ приходится на долю автотранспорта, например, в Москве он составляет - 88%, в Санкт-Петербурге - 71 %. По валовым выбросам загрязняющих веществ в атмосферу лидирует Уральский экономический район. Наряду с этим Россия в целом не является основным поставщиком вредных выбросов в атмосферу, поскольку поток аэрополлютантов в расчете на одного жителя и на единицу площади страны значительно ниже, чем в США и странах Западной Европы. Зато они заметно выше в расчете на единицу ВНП. Это свидетельствует о высокой ресурсоемкости производства, устаревших технологиях и недостаточном применении средств очистки выбросов.

Из 25 тысяч российских предприятий, загрязняющих атмосферу, лишь 38% оборудованы пылегазоочистными установками, из которых 20% не работают или работают неэффективно. Это одна из причин повышенных эмиссии некоторых малых по массе, но токсичных загрязнителей - углеводородов и тяжелых металлов. Россия занимает невыгодное географическое положение по отношению к трансграничному переносу аэрополлютантов. В связи с преобладанием западных ветров значительную долю загрязнения воздушного бассейна Европейской территории России (ЕТР) дает аэрогенный перенос из стран Западной и Центральной Европы и ближнего зарубежья. Около 50% заграничных соединений серы и окислов азота на ЕТР поставляют Украина, Польша, ФРГ и другие страны Европы. Для интегральной оценки состояния воздушного бассейна применяют индекс суммарного загрязнения атмосферы.

где q i - средняя за год концентрация в воздухе i-ro вещества.

A i - коэффициент опасности i-ro вещества, обратный ПДК этого вещества: A i = 1/ПДК i ; С i - коэффициент, зависящий от класса опасности вещества: С i равно 1,5; 1,3; 1,0 и 0,85 соответственно для 1, 2, 3 и 4-го классов опасности (краткие сведения о ПДК и классах опасности основных загрязнителей воздуха даны в приложении ПЗ). I m является упрощенным показателем и рассчитывается обычно для т = 5 - наиболее значимых концентраций веществ, определяющих суммарное загрязнение воздуха.

В эту пятерку чаще других попадают такие вещества, как бензопирен, формальдегид, фенол, аммиак, диоксид азота, сероуглерод, пыль. Индекс I m изменяется от долей единицы до 15-20 - чрезвычайно опасных уровней загрязнения. В 1996 г. в список городов с наибольшим уровнем загрязнений атмосферы (I m 14) вошли 44 города России. Земная атмосфера обладает способностью самоочищения от загрязняющих веществ, благодаря происходящим в ней физико-химическим и биологическим процессам. Однако мощность техногенных источников загрязнения возросла настолько, что в нижнем слое тропосферы наряду с локальным повышением концентрации некоторых газов и аэрозолей, происходят глобальные изменения. Человек вторгается в сбалансированный биотой круговорот веществ, резко увеличив выброс вредных веществ в атмосферу, но не обеспечив их вывод. Концентрация ряда антропогенных веществ в атмосфере (углекислый газ, метан, оксиды азота и др.) быстро растет. Это свидетельствует о том, что ассимиляционный потенциал биоты близок к исчерпанию.

Техногенные окислы серы и азота в атмосфере. Кислотные осадки. По ряду показателей, в первую очередь по массе и распространенности вредных эффектов, атмосферным загрязнителем номер один считаютдиоксид серы. Он образуется при окислении серы, содержащейся в топливе или в составе сульфидных руд. В связи с увеличением мощности высокотемпературных процессов, переводом многих ТЭС на газ и ростом парка автомобилей растут выбросы окислов азота, образующихся при окислении атмосферного азота. Поступление в атмосферу больших количеств SO 2 и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков.

Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот - серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов.

В атмосфере оказывается и ряд промежуточных продуктов указанных реакций. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению «кислотных дождей». Показатель рН осадков в ряде случаев снижается на 2 - 2,5 единицы, т.е. вместо нормальных 5,6 - 5,7 до 3,2 - 3,7. Следует напомнить, что рН - это отрицательный логарифм концентрации водородных ионов, и, следовательно, вода с рН = 3,7 в сто раз «кислее» воды с рН = 5,7. В промышленных районах и в зонах атмосферного заноса окислов серы и азота рН дождевой воды колеблется от 3 до 5.

Кислотные осадки особенно опасны в районах с кислыми почвами и низкой буферностью природных вод. В Америке и Евразии это обширные территории севернее 55° с.ш. Техногенная кислота, помимо прямого негативного действия на растения, животных и микрофлору увеличивает подвижность и вымывание почвенных катионов, вытесняет из карбонатов и органики почвы углекислый газ, закисляет воду рек и озер. Это приводит к неблагоприятным изменениям в водных экосистемах. Природные комплексы Южной Канады и Северной Европы уже давно ощущают действие кислых осадков. На больших пространствах наблюдается деградация хвойных лесов, беднеет фауна водоемов. В 70-х годах в реках и озерах Шотландии и Скандинавии начали гибнуть лосось и форель.

Сходные явления происходят и в России, особенно на Северо-Западе, на Урале и в районе Норильска, где громадные площади тайги и лесотундры стали почти безжизненными из-за сернистых выбросов Норильского комбината. Нарушение озонового слоя. В 70-х годах появились сообщения о региональных снижениях содержания озона в стратосфере. Особенно заметной стала сезонно пульсирующая озоновая дыра над Антарктидой площадью более 10 млн. км 2. где содержание О 2 за 80-е годы уменьшилось почти на 50%. Позднее «блуждающие озоновые дыры», правда, меньшие по размеру и не с таким значительным снижением, стали наблюдаться в зимнее время и в Северном полушарии, в зонах стойких антициклонов - над Гренландией, Северной Канадой и Якутией. Средняя скорость глобального уменьшения за период с 1980 по 1995 г. оценена в 0,5-0,7% в год.

Поскольку ослабление озонового экрана чрезвычайно опасно для всей наземной биоты и для здоровья людей, эти данные привлекли пристальное внимание ученых, а затем и всего общества. Был высказан ряд гипотез о причинах нарушения озонового слоя. Большинство специалистов склоняется к мнению отехногенном происхождении озоновых дыр. Наиболее обосновано представление, согласно которому главной причиной является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора, а также других атомов и радикалов, способных чрезвычайно активно присоединять атомарный кислород, тем самым конкурируя с реакцией О + О 2 О 3.

Рис. 1. Занос активных галогенов в верхние слои атмосферы.

Занос активных галогенов в верхние слои атмосферы опосредован летучими хлорфторуглеродами (ХФУ) типа фреонов (смешанные фторохлориды метана и этана, например, фреон-12 - дихлордифторметан, CF 2 CI 2 ), которые, будучи в обычных условиях инертными и нетоксичными, под действием коротковолновых ультрафиолетовых лучей в стратосфере распадаются. Вырвавшись «на свободу», каждый атом хлора способен разрушить или помешать образованию множества молекул озона. Хлорфторуглероды обладают рядом полезных свойств, обусловивших широкое их применение в холодильных установках, кондиционерах, аэрозольных баллончиках, огнетушителях и т.д.

С 1950 г. объем мирового производства данные по глобальному потеплению А - отклонения от среднего значения температуры приземного воздуха в XX веке и прогноз, Б - глобальная тенденция средней температуры во второй половине столетия ХФУ ежегодно возрастал на 7-10 % (рис. 2) и в 80-х годах составил около 1 млн. т. В последующем были приняты международные соглашения, обязывающие стран-участниц сократить использование ХФУ. США еще в 1978 г. ввели запрет на использование ХФУ-аэрозолей. Но расширение других областей применения ХФУ снова привело к росту их мирового производства. Переход промышленности к новым озон сберегающим технологиям связан с большими финансовыми затратами.

Рисунок 2. Тенденции повышения средней температуры атмосферы.

В последние десятилетия появились и другие, чисто технические пути заноса активных разрушителей озона в стратосферу: ядерные взрывы в атмосфере, выбросы сверхзвуковых самолетов, запуски ракет и космических кораблей многоразового использования. Не исключено, однако, что часть наблюдаемого ослабления озонового экрана Земли связана не с техногенными выбросами, а с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата. Парниковый эффект и изменения климата.

Техногенное загрязнение атмосферы в определенной степени связано с изменениями климата. Речь идет не только о вполне очевидной зависимости мезоклимата промышленных центров и их окрестностей от теплового, пылевого и химического загрязнения воздуха, но и о глобальном климате. С конца XIX в. по настоящее время наблюдается тенденция повышения средней температуры атмосферы (рис. 2); за последние 50 лет она повысилась приблизительно на 0,7 °С. Это отнюдь не мало, если учесть, что при этом валовое увеличение внутренней энергии атмосферы очень велико - порядка 3000 ЭДж. Оно не связано с увеличением солнечной постоянной и зависит только от свойств самой атмосферы.

Главным фактором является уменьшение спектральной прозрачности атмосферы для длинноволнового обратного излучения от поверхности земли, т.е. усиление парникового эффекта. Парниковый эффект создается увеличением концентрации ряда газов - СО 2 . СО, СН 4 . NO x . ХФУ и др. названных парниковыми газами.По данным, обобщенным в последнее время Международной группой экспертов по проблеме изменения климата (МГЭИК), существует довольно высокая положительная корреляция между концентрацией парниковых газов и отклон