Тема 2. Повітряне середовище міста

1.Атмосферне повітря. Склад, властивості та функції атмосфери;

2. Характеристика речовин, що забруднюють атмосферу міста;

3. Класифікація джерел забруднення атмосфери міста.

4. Нормування якості атмосферного повітря.

1. Атмосфера – це зовнішня газова оболонка Землі,що являє собою механічну суміш різних газів, водяної пари і твердих (аерозольних)частинок.

Атмосферне повітря потрібне для дихання живих організмів, воно використовується в технологічних процесах горіння і плавлення, як сировина для отримання кисню, азоту, інертних газів, оксиду вуглецю. Атмосфера служить середовищем для розміщення газоподібних відходів виробництва. Під дією атмосферних опадів, сонячної радіації і в наслідок переміщення повітряних мас атмосферне повітря звільняється від сторонніх домішок. Цей процес має назву самоочищення атмосфери.

Атмосфера виконує наступні функції:

- є середовищем існування деяких форм життя;

- служить джерелом хімічної сировини і енергії;

- є джерелом вуглекислого газу для фотосинтезу рослин;

- захищає живі організми від згубного космічного випромінювання;

- зберігає тепло Землі і регулює клімат;

- трансформує газоподібні продукти обміну речовин;

- переміщує водяну пару по планеті;

- приймає і трансформує газоподібні і пилоподібні відходи;

- кисень,що міститься в атмосфері, потрібний для дихання живих організмів.

Склад атмосфери знаходиться в стані динамічної рівноваги, що підтримується такими кліматичними факторами, як переміщення повітряних мас (вітер і конвекція), атмосферні опади, життєдіяльність тваринного і рослинного світу (в особливості лісів і океанічного планктону), а також в наслідок космічних процесів, геохімічних явищ і господарської діяльності людини.

Хімічний склад атмосферного повітря представлений наступними компонентами: азот – 78,1%, кисень – 20, 85%, аргон – 0,93%, діоксид вуглецю – 0,033%, інші компоненти (гелій, неон, криптон, ксенон, озон, водень) – 0,087%, вміст водяної пари коливається в межах 0,01-4%.

Загальна маса атмосфери складає 5,14∙10¹⁵т приблизно 50% маси атмосфери міститься у нижньому шарі товщиною 5 км. В шарі атмосфери товщиною 30 км міститься 99% усієї маси.

По вертикалі атмосфера представлена окремими шарами. Формування шарів зумовлене зміною температури за висотою. Нижній шар атмосфери від поверхні планети до висоти 11 км має назву тропосфера. На верхній межі тропосфери температура становить близько (- 56ºС). Від 11км до висоти 50км пролягає стратосфера. Температура в цьому шарі змінюється з -56ºС в нижній зоні до -2 ºС в верхній зоні. Наступний шар атмосфери – мезосфера – пролягає на висоті від 50 до 85км. Температура змінюється з -2 ºС до -92 ºС. Від висоти 85км до висоти 500км пролягає термосфера (іоносфера). Температура атмосфери на висоті 500 км різко підвищується і складає + 1200 ºС. Верхня межа атмосфери чітко не виражена, вона поступово переходить в космічний простір.

2. Забруднення атмосфери – це зміна складу атмосфери в результаті потрапляння до неї різних домішок або збільшення концентрації існуючих компонентів.

Домішки в атмосфері – це розсіяна в атмосфері речовина, яка не входить до її постійного складу. Оскільки домішки можуть підлягати різним перетворенням, їх можна умовно поділити на первинні і вторинні.

Первинні домішки в атмосфері – це домішки, які зберегли протягом певного періоду свої фізичні та хімічні властивості.

Вторинні домішки в атмосфері – це домішки, що утворились в наслідок фізичних або хімічних перетворень первинних домішок під впливом природних або антропогенних факторів, а також в результаті взаємодії первинних домішок між собою.

За типом походження забруднення атмосфери поділяються на фізичні, хімічні, механічні та біологічні.

Фізичні забруднення зумовлені радіоактивним випромінюванням, впливом електромагнітних,світлових та теплових полів, вібрацією і шумом.

Хімічні забруднення пов’язані з наявністю в атмосфері хімічних речовин та їх сполук штучного походження, яких раніше не існувало.

Механічні забруднення викликані внесенням в атмосферу твердих частинок та предметів, вилучених з вжитку (уламки космічних кораблів, супутників, орбітальних станцій, старі метеорологічні зонди і т.п.).

Біологічне забруднення пов’язане з наявністю в повітрі хвороботворних мікроорганізмів.

Викиди в атмосферу забруднюючих речовин характеризуються 4-ма ознаками: агрегатним станом, хімічним складом, розміром частинок і масовій витраті викинутої речовини.

Забруднюючі речовини викидаються в атмосферу у вигляді суміші пилу, диму, туману, пари і газоподібних речовин, тобто у вигляді твердих, рідких і газоподібних речовин. Причому маса твердих частинок становить приблизно 10% маси викинутих в атмосферу речовин, а 90% припадає на рідкі і газоподібні викиди.

Найбільш поширеними забруднюючими речовинами, що надходять в атмосферу від техногенних джерел є: оксид вуглецю (СО), діоксид сірки (SO₂), оксиди азоту (NO_X ), вуглеводні (CnHm), пил.

Оксид вуглецю – найбільш поширена домішка в атмосфері, яка має також назву – чадний газ. Вміст СО в природних умовах складає від 0,01 до 0,2 мг/м³. Основна маса викидів утворюється в результаті згоряння органічного палива, перш за все в двигунах внутрішнього згорання. Вміст СО в повітрі крупних промислових міст знаходиться в межах 1-250 мг/м₃. Найбільша концентрація СО спостерігається на вулицях і перехрестях з інтенсивним автомобільним рухом. Висока концентрація СО в повітрі призводить до фізіологічних змін в організмі людини, а концентрація більша 750 мг/м³ – до смерті. СО дуже агресивний газ, він легко з’єднується з гемоглобіном крові, утворюючи карбоксигемоглобін, який перешкоджає перенесенню кисню еритроцитами крові до клітин.

Ступінь впливу СО на організм людини залежить також від концентрації та тривалості дії. Утворення карбоксигемоглобіну є процес зворотній, через 3-4 години вміст його в крові зменшується в 2 рази.

Тривалість перебування СО в атмосфері складає 2-4 місяці.

Діоксид сірки – безколірний газ з гострим запахом. До 70%

викидів SO₂ утворюється від спалювання вугілля. При спалюванні мазуту утворюється до 15% SO_2.. При концентрації цього газу в повітрі 20-30 мг/м³ подразнюється слизова оболонка очей, рота, носа. В роті виникає неприємний присмак. Дуже чутливі до SO₂ хвойні ліси. При концентрації в повітрі 0,23-0,32 мг/м3 діоксиду сірки спостерігається засихання хвойних лісів протягом 2-3 років. При концентрації 0,5-1,0 мг/м³ засихають також і листяні ліси.

Оксиди азоту утворюються в процесі горіння при високій температурі, шляхом окислення частини азоту, що входить до складу атмосфери. Під загальною формулою NO_X мають на увазі суму NO + NO₂.

Основними джерелами викидів NO_X є двигуни внутрішнього згоряння, топки промислових котлів, печі.

NO₂ – газ жовтого кольору. Токсична дія цього газу починається з кашлю. Підвищена концентрація діоксиду азоту викликає головну біль, блювоту.

При контакті оксидів азоту з водяною парою, а також зі зволоженою поверхнею слизової оболонки рота і носа, утворюються кислоти HNO₂ і HNO₃, що може призвести до набряку легенів і загибелі людини. Тривалість перебування NO_X в атмосферному повітрі біля 3 діб.

Вуглеводні CnHm. Основним джерелом викидів в атмосферу вуглеводнів є автомобільний транспорт. При неповному згорянні палива відбувається викид циклічних вуглеводнів, які проявляють канцерогенну дію. Особливо багато канцерогенних речовин міститься в сажі, що викидають дизельні двигуни. Вуглеводні мають слабкі наркотичні властивості, викликають головний біль і головокружіння.

Пил. Розміри частинок пилу коливаються від 0,01 до 50 мкм. В середньому частинки пилу мають розмір 7-8 мкм. Пил проявляє шкідливу дію на організм людини, на рослинний і тваринний світ. Пил поглинає сонячні промені і тим самим негативно впливає на тепловий режим атмосфери. Частинки пилу служать ядрами конденсації при формуванні туманів і хмар. Основними джерелами утворення пилу є: виробництво будівельних матеріалів, гірничо-видобувна промисловість, металургія, автотранспорт, місця складування виробничих відходів.

З атмосферного повітря основна маса пилу видаляється атмосферними опадами. Викиди, що містять домішки у вигляді частинок пилу, диму, туману або пари, мають назву – аерозолі. Загальна кількість різновидів аерозолів, що забруднюють атмосферу, складає декілька сотень.

3. Всі джерела викидів в атмосферу поділяються на природні, які обумовлені природними процесами і антропогенні (техногенні), які є результатом діяльності людини.

До природних джерел забруднення атмосфери відносяться пилові бурі, масиви зелених насаджень в період цвітіння, степові та лісові пожежі, виверження вулканів.

Природні джерела, як правило, бувають площинними (розподіленими) і діють відносно короткий термін. Рівень забруднення атмосфери природними джерелами є фоновим і мало змінюється з часом.

Антропогенні (техногенні) джерела забруднення атмосфери представлені головним чином викидами промислових підприємств і автотранспорту. Вони характеризуються багато чисельністю і різноманітністю видів.

Джерелами техногенного забруднення є:

- високі та низькі димові труби;

- випаровування з поверхонь промислових басейнів і ємностей;

- виділення пилу при вантажно - розвантажувальних роботах;

- вихлопні труби автомобілів;

- втрати токсичних речовин через порушення герметичності обладнання;

- інші джерела.

Джерела викидів в атмосферу поділяють на точкові, лінійні та площинні.

Точкові джерела – це одиничні джерела забруднень, розташовані в певному місці. До них відносяться димові труби, вентиляційні шахти, дахові вентилятори.

Лінійні джерела – це джерела, які мають значну протяжність. До них відносяться ряди відчинених вікон цехів, близько розташовані дахові вентилятори, автомобільні траси.

Площинні джерела – це джерела викидів, розміщені на площині виробничої території підприємства. До площинних джерел відносяться місця складування виробничих та побутових відходів, автостоянки, склади мінеральних добрив і паливно-змащувальних матеріалів.

Кожне з цих джерел може бути затінене і незатінене.

Затінене – це джерело викиду, яке розташоване в зоні аеродинамічної тіні будинку чи якоїсь іншої споруди.

Незатінене джерело викиду – це джерело високе, розташоване в недеформованому потоці вітру. Прикладом можуть бути димові труби або інші джерела, які викидають забруднюючі речовини на висоту, що перевищує 2,5 висоти будинків, розташованих поряд.

Джерела викидів забруднюючих речовин поділяють на організовані і неорганізовані.

З організованих джерел забруднення забруднюючі речовини потрапляють в атмосферу через спеціально обладнані газоходи, повітропроводи і труби.

Неорганізовані джерела забруднення утворюються в результаті порушення герметичності виробничого обладнання, відсутності або несправності обладнання, що призначено для очищення викидів в атмосферу. До неорганізованих джерел відносяться автостоянки, склади сипучих матеріалів, склади паливно-змащувальних матеріалів і т.п.

4. Для кількісної оцінки вмісту домішок в атмосфері використовують поняття – концентрація, тобто кількість речовини, що міститься в одиниці об’єму повітря, приведеного до нормальних умов (Т = 20ºС; Р_атм.= 760 мм.рт.ст.).

Концентрація домішок визначає види впливу токсичних речовин на людину та природне середовище і служить основним параметром при нормуванні домішок в атмосфері. Якість атмосферного повітря може рахуватись задовільною, якщо вміст домішок в ньому не перевищує гранично допустимих концентрацій (ГДК). ГДК – це максимальна концентрація домішок в атмосфері, яка при періодичній дії або на протязі усього життя людини не проявляє негативного впливу на неї і на навколишнє середовище.

Основним критерієм встановлення нормативів ГДК для оцінки якості атмосферного повітря є вплив забруднюючих речовин, що містяться в повітрі на людину. Якщо речовина проявляє негативний вплив на навколишнє середовище в менших концентраціях, ніж на організм людини, то при нормуванні виходять з порога дії цієї речовини на навколишнє середовище.

Для оцінки якості атмосферного повітря встановлені 2 категорії ГДК: максимально разова (ГДКм.р.) і середньодобова (ГДКс.д.).

ГДКм.р. – це максимальна концентрація атмосферних домішок, яка не викликає у людини рефлекторних реакцій (відчуття запаху, тепла, світла, підвищеної активності головного мозку) при короткочасній дії цих домішок (до 20 хв.). По цьому нормативу оцінюють шкідливі речовини, що мають запах або ті, що діють на інші органи відчуття людини.

Максимально разова ГДК встановлюється для попередження рефлекторних реакцій.

ГДКс.д. – це максимальна концентрація шкідливих атмосферних домішок, яка не проявляє негативного впливу на організм людини при довготривалій дії. Вона встановлюється для попередження загально токсичного, мутагенного, канцерогенного або іншого негативного впливу на людину. Речовини, які оцінюють по цьому нормативу, мають здатність тимчасово або постійно накопичуватись в організмі людини.

До 2009 року за нормативами ГДК оцінювалось більше 1000 речовин, що можуть потрапити в атмосферу і цей перелік постійно поповнюється.

Вплив речовин, для яких ГДК не встановлені, оцінюються за орієнтовно безпечним рівнем впливу забруднюючої речовини (ОБРВ). ОБРВ – тимчасовий гігієнічний норматив для шкідливих речовин, забруднюючих атмосферу, що встановлюються розрахунковим шляхом з метою проектування промислових об’єктів.

Нормативи ГДК для атмосферного повітря є єдиними для всієї території України. Для зон санітарної охорони, міст, в яких розміщені санаторії, будинки відпочинку, а також для зон відпочинку значення ГДК встановлене на 20% менше, ніж для спальних районів.

Деякі речовини при одночасній присутності в атмосферному повітрі володіють одно направленою дією. Вони підсилюють дію одна одної і підлягають ефекту сумації. В цьому випадку при оцінці якості атмосферного повітря повинна виконуватись умова:

С₁/ГДК₁+ С₂/ГДК₂+…+ С_n/ГДК_n≤ 1,

Де С₁, С₂… С_n – концентрація кожної речовини, що володіє ефектом сумування, (мг/м³);

ГДК₁, ГДК₂….ГДК_n – гранично допустимі концентрації цих речовин.

Перелік речовин, що володіють ефектом сумації, постійно доповнюється і на сьогодні нараховує 51 групу речовин одно направленої дії.

Для кожного промислового об’єкта, що діє або проектується, і який є стаціонарним джерелом забруднення, встановлюються нормативи гранично допустимих викидів (ГДВ). ГДВ – це норматив, який встановлюється при умові, що викиди шкідливих речовин від даного джерела забруднення разом з іншими джерелами не створить приземну концентрацію, яка буде перевищувати ГДК даної забруднюючої речовини в атмосфері за межами санітарно-захисної зони підприємства.

С + С_ф ≤ ГДК;

де С – концентрація речовини в приземному шарі від розрахункового джерела викиду,

С_ф – фонова концентрація цієї речовини, що створюють декілька поряд розташованих джерел викиду.

ГДВ встановлюють для джерела викиду і для кожної речовини окремо.

Для неорганізованих джерел викидів, а також для сукупності дрібних джерел встановлюють сумарний ГДВ.

Якщо на даному підприємстві чи групі підприємств, розташованих в одному районі, значення ГДВ не можуть бути визначені, встановлюють ТПВ – тимчасово погоджений викид. Норматив ТПВ встановлюють на період розробки та впровадження заходів охорони повітря, які забезпечать досягнення значення ГДВ.

Термін дії нормативу ГДВ, як правило, не перевищує 5 років.

При виникненні нових виробництв, зміні технологічного процесу чи типу сировини, що використовується нормативи ГДВ підлягають перегляду.

Для кожного міста на основі нормативів ГДВ підприємств і фонового складу атмосферного повітря розробляють загальноміські нормативи ГДВ, у відповідності з якими індивідуальні ГДВ підприємств можуть бути змінені. Розрахунок нормативів ГДВ здійснюється по спеціально розроблених програмах, затверджених Міністерством охорони навколишнього середовища і ядерної безпеки України.

Дата добавления: 2014-01-07