Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Состав и свойства атмосферы
• 2. Понятие "ресурсы атмосферы"
• 3. Загрязнение атмосферного воздуха промышленными предприятиями
• 3.1 Последствия загрязнения атмосферы для здоровья человека и окружающей среды
• 3.2 Воздействие промышленного предприятия на атмосферный воздух на примере кондитерской фабрики "Спартак"
• 4. Проблемы охраны и рационального использования ресурсов атмосферы
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле. Она участвует в формировании климата на планете, регулирует ее тепловой режим, способствует перераспределению тепла у поверхности. Часть лучистой энергии Солнца поглощается атмосферой, а остальная энергия, достигая поверхности Земли, частично уходит в почву, водоемы, а частично отражается в атмосферу.

Атмосфера предохраняет Землю от резких колебаний температуры. При отсутствии атмосферы и водоемов температура поверхности земли в течение суток колебалась бы в интервале 200°С. Благодаря наличию кислорода атмосфера участвует в обмене и круговороте веществ в биосфере.

В современном состоянии атмосфера существует сотни миллионов лет, все живое приспособлено к строго определенному ее составу. Газовая оболочка защищает живые организмы от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Атмосфера предохраняет Землю от падения метеоритов.

В атмосфере распределяются и рассеиваются солнечные лучи, что создает равномерное освещение. Она является средой, где распространяется звук. Из-за действия гравитационных сил атмосфера не рассеивается в мировом пространстве, а окружая Землю, вращается вместе с ней.

Цель: исследование воздействия промышленного предприятия на атмосферный воздух.

Задачи:

исследовать состав и свойства атмосферы;

дать понятие "ресурсы атмосферы";

рассмотреть, как происходит загрязнение атмосферного воздуха промышленными предприятиями;

проанализировать проблемы охраны и рационального использования ресурсов атмосферы.

1. Состав и свойства атмосферы

Атмосфера - это газовая оболочка Земли [1]. Масса современной атмосферы составляет приблизительно одну миллионную часть массы Земли. С высотой резко уменьшаются плотность и давление атмосферы, а температура изменяется неравномерно и сложно, в том числе из-за влияния на атмосферу солнечной активности и магнитных бурь. Изменение температуры в границах атмосферы на разных высотах поясняется неодинаковым поглощением солнечной энергии газами.

Атмосфера имеет слоистую структуру. Границы между слоями не резкие и их высота зависит от широты и времени года. Слоистая структура - результат температурных изменений на разных высотах [2].

В зависимости от вертикального распределения такого важнейшего параметра среды, как температура воздуха, атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу (рисунок 1).

Рисунок 1 - Вертикальное строение атмосферы [3]

Нижняя часть атмосферы, непосредственно прилегающая к земной поверхности, называется тропосферой. Она простирается над полюсами до высоты 8 км, в умеренных широтах - до 10-11 км, а над экватором - до 16-17 км. Здесь сосредоточено около 80 % всей массы атмосферы. Наблюдаемое понижение температуры в этом слое (в среднем 0,6°С на 100 м) связано с расширением воздуха под воздействием уменьшения с высотой внешнего давления, а также с переносом теплоты от земной поверхности. При средней для всей Земли годовой температуре воздуха плюс 15°С на уровне моря, на верхней границе тропосферы она понижается до минус 56°С. Понижение температуры воздуха, так же как и других метеорологических величин, не всегда выдерживается, а в ряде случаев отклоняется от нормального, образуя инверсии. Последние определяются местными географическими причинами.

Физические свойства воздуха тропосферы во многом обусловлены характером взаимодействия с подстилающей поверхностью. Вследствие непрерывного перемешивания воздуха его состав во всей толще тропосферы постоянный. Тропосфера содержит основное количество всей атмосферной влаги.

Вблизи верхней границы тропосферы располагается переходный слой - тропопауза мощностью около 1 км. Выше тропопаузы не поднимаются вертикальные токи воздуха, обусловленные различиями его нагревания и увлажнения от земной поверхности (атмосферная конвекция).

Выше тропосферы, примерно до 50 км, располагается стратосфера. Ранее ее принимали за изотермический слой со средней температурой минус 56°С. Однако новые данные показали, что изотермия наблюдается только в ее нижней части, приблизительно до 20 км, а у верхней границы температура повышается до 0°С. Стратосфера охвачена мощной горизонтальной циркуляцией с элементами вертикальных движений, что способствует активному перемешиванию воздуха. Антропогенное загрязнение фактически исключено, но сюда проникают продукты интенсивных вулканических выбросов, сохраняющиеся довольно длительное время и влияющие на космическое излучение, включая солнечное.

Особенностью стратосферы является озоновый слой, который образуется на высоте примерно 25-28 км от земной поверхности. Озон сильно адсорбирует ультрафиолетовые лучи, которые губительны для живых организмов.

В последние годы обнаружено сокращение озона в атмосфере, которое получило название "озоновой дыры". Установлено, что со временем эти дыры мигрируют и даже пропадают. Возможно, что их образование и исчезновение представляет собой естественный процесс развития географической оболочки и планеты в целом.

Над стратосферой до высоты 80-90 км располагается мезосфера. Температура в этом слое вновь понижается и достигает минус 107°С. Давление воздуха вверху мезосферы примерно в 200 раз меньше, чем у земной поверхности. На уровне 80 км от поверхности Земли сосредоточено 99,5 % всей массы атмосферы [4].

До высоты примерно 800-1000 км располагается термосфера. Здесь температура снова повышается до 220°С на высоте 150 км и 1500°С - на высоте 600 км. Воздух термосферы состоит преимущественно из азота и кислорода, однако выше 90-100 км короткие волны солнечной радиации вызывают распад молекул О₂ на атомы и здесь преобладает атомарный кислород. Выше 325 км азот также диссоциирует. Соотношение между азотом и кислородом, характерное для нижних слоев атмосферы (78 и 21 %), на высоте 200 км меняется и составляет соответственно 45 и 55 %. Под действием ультрафиолетовых и космических лучей частицы воздуха в термосфере электрически заряжены, с чем связано возникновение полярных сияний. Термосфера поглощает рентгеновское излучение солнечной короны и способствует распространению радиоволн.

Следует отметить, что температуру в разреженном воздухе верхней части атмосферы нельзя отождествлять с температурой у земной поверхности. Ее значения рассчитываются по скорости кинетического движения частиц и она не производит в условиях малой плотности воздуха того термического эффекта, который присущ соответствующим величинам у поверхности Земли.

Выше 1000 км располагается экзосфера. Скорость движения атомов и молекул газов достигает здесь третьей космической скорости (11,2 км/с), что позволяет им преодолевать земное притяжение и рассеиваться в космическом пространстве [5].

Атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей, таких как пыль, капли воды, продукты горения и т.д. (рисунок 2).

Газовый состав атмосферы формировался параллельно с развитием Земли в специфических условиях: гравитационное поле, магнитное поле, предохраняющее ее от солнечного ветра, и вращение планеты, обеспечивающее благоприятный тепловой режим [6].

Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H₂O) и углекислого газа (CO₂) [7].

Рисунок 2 - Газовый состав атмосферы [3]

Атомарный кислород является основным компонентом высоких слоев атмосферы. В них состав воздуха меняется под воздействием жесткого излучения Солнца, которое приводит к распаду (диссоциации) молекул кислорода на атомы. Наконец, в наиболее удаленных от поверхности Земли слоях атмосферы главными компонентами становятся самые легкие газы - водород и гелий. В верхних слоях атмосферы обнаружено соединение гидроксил (ОН). Наличие этого соединения объясняет образование водяного пара на больших высотах в атмосфере. Поскольку основная масса вещества сосредоточена на расстоянии 20 км от поверхности Земли, то изменения состава воздуха с высотой не оказывают заметного влияния на общий состав атмосферы. Важнейшими компонентами атмосферы также являются озон и углекислый газ.

В воздухе много твердых частиц, диаметр которых составляет доли микрона. Они являются ядрами конденсации. Без них было бы невозможно образование туманов, облаков, выпадение осадков. С твердыми частицами в атмосфере связаны многие оптические и атмосферные явления. Пути поступления их в атмосферу различны: вулканический пепел, дым при сжигании топлива, пыльца растений, микроорганизмы. В последнее время ядрами конденсации служат промышленные выбросы, продукты радиоактивного распада.

Важной составной частью атмосферы является водяной пар, количество его во влажных экваториальных лесах достигает 4 %, в полярных районах снижается до 0,2 %. Водяной пар поступает в атмосферу вследствие испарения с поверхности почвы и водоемов, а также транспирации влаги растениями. Водяной пар является парниковым газом, вместе с углекислым газом он удерживает большую часть длинноволнового излучения Земли, предохраняя планету от охлаждения [8].

Важнейшими свойствами атмосферы является ее способность к быстрому перемешиванию и перемещению на большие расстояния, а также связь с другими сферами и особенно океаном. Эти свойства, а также отсутствие четко выраженного накопительного эффекта по отношению к загрязняющим веществам обеспечивают, с одной стороны, глобальный характер атмосферных процессов, а с другой - высокую способность к самоочищению. Так, в результате контакта с океаном последний поглощает из атмосферы значительные массы двуокиси и окиси углерода, сернистый газ и другие соединения. Большое количество атмосферных примесей поглощается растениями, а также включается в почвенное звено круговорота веществ. С легкой перемещаемостью воздушных масс связана ее способность рассеивать загрязнения, но вместе с тем это основной фактор превращения локальных загрязнений в глобальные [9].

Также атмосфера оказывает благодатное воздействие на климат Земли, предохраняя её от чрезмерного охлаждения и нагревания. Суточные колебания температуры на нашей планете без атмосферы достигли бы 200°С: днём плюс 100°С и выше, ночью минус 100°С. В настоящее время средняя температура поверхности Земли равна плюс 14°С.

Атмосфера пропускает тепловое излучение Солнца и сохраняет тепло, в процессе большого кругооборота она играет роль переносчика влаги на Земле, является средой распространения света и звука. Изменение сложившихся физических и химических свойств атмосферы может отрицательно сказаться на здоровье людей, их работоспособности, продолжительности жизни [10].

загрязнение атмосфера промышленная фабрика

2. Понятие "ресурсы атмосферы"

Атмосферный воздух как ресурс. Атмосферный воздух - это природная смесь газов приземного слоя атмосферы за пределами жилых, производственных и иных помещений, сложившаяся в ходе эволюции нашей планеты. Он является одним из основных жизненно важных элементов природы.

Атмосферный воздух выполняет ряд сложнейших экологических функций, а именно:

1) регулирует тепловой режим Земли, способствует перераспределению тепла по земному шару;

2) служит незаменимым источником кислорода, необходимого для существования всего живого на Земле. При характеристике особой важности воздуха в жизни человека подчеркивается, что человек может прожить без воздуха лишь несколько минут;

3) является проводником энергии Солнца, служит защитой от губительных космических излучений, образует основу климатических и погодных условий на Земле;

4) интенсивно эксплуатируется как транспортная коммуникация;

5) спасает все живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей;

6) защищает Землю от различных небесных тел. Размеры метеоритов в подавляющем большинстве не превышают величины горошины. С огромной скоростью (от 11 до 64 км/с) они под влиянием земного притяжения врезаются в атмосферу планеты, раскаляются за счет трения о воздух и на высоте около 60-70 км большей частью сгорают;

7) определяет световой режим Земли, разбивает солнечные лучи на миллионы мелких лучей, рассеивает их и создает то равномерное освещение, к которому привык человек;

8) является той средой, где распространяются звуки. Без воздуха на Земле царила бы тишина;

9) обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном перемешивании в приземном слое воздуха, отложении загрязненных веществ на поверхности земли.

У атмосферного воздуха и атмосферы в целом множество других экологических и социально полезных свойств. Так, например, атмосферный воздух широко используется как природный ресурс в народном хозяйстве. Из атмосферного азота производятся минеральные азотные удобрения, азотная кислота и её соли. Аргон и азот применяются в металлургии, химической и нефтехимической промышленности (для осуществления ряда технологических процессов). Из атмосферного воздуха получают также кислород и водород [11].

3. Загрязнение атмосферного воздуха промышленными предприятиями

Под загрязнением в экологии понимают неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом деятельности человека, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства среды и условия существования живых организмов. Эти изменения могут влиять на человека непосредственно или через воду и продукты питания. Они также могут воздействовать на человека, ухудшая свойства используемых им вещей, условия отдыха и работы [12].

Интенсивное загрязнение воздуха началось в 19 веке в связи с бурным развитием промышленности, которая стала использовать каменный уголь как основной вид топлива, и быстрым ростом городов. О роли угля в загрязнении атмосферы в Европе было известно давно. Однако в 19 веке он был самым дешевым и доступным видом топлива в Западной Европе, в том числе и Великобритании.

Но уголь не единственный источник загрязнения атмосферы. Сейчас в атмосферу ежегодно выбрасывается огромное количество вредных веществ, и, несмотря на значительные усилия, принимаемые в мире с целью уменьшить степень загрязнения атмосферы, находится в развитых капиталистических странах. При этом исследователи отмечают, что если над сельской местностью вредных примесей в атмосфере ныне в 10 раз больше, чем над океаном, то над городом их больше в 150 раз [13].

Воздействие на атмосферу предприятий черной и цветной металлургии. Предприятия металлургической отрасли насыщают атмосферу пылью, сернистыми и другими вредными газами, выделяющимися при протекании различных технологических производственных процессов.

Черная металлургия производства чугуна и переработки его на сталь естественно происходит с сопровождением выбросов в атмосферу различных вредных газов.

Загрязнение воздуха газами при образовании углей сопровождается подготовкой шихты и загрузкой ее в коксовые печи. Мокрое тушение сопровождается также выбросом в атмосферу веществ, входящих в состав используемой воды.

При получении металлического алюминия с помощью электролиза в окружающую среду выделяется огромное количество газообразных и пылевидных соединений содержащих фтор и другие элементы. При выплавке одной тонны стали в атмосферу попадает 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксидов серы и до 0,05 т оксида углерода. Заводы цветной металлургии сбрасывают в атмосферу соединения марганца, свинца, фосфора, мышьяка, пары ртути, парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида, бензола, аммиака и других токсичных веществ. [14].

Воздействие на атмосферу предприятий нефтехимической промышленности. Предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности оказывают заметное негативное влияние на состояние окружающей среды и, прежде всего, на атмосферный воздух, что обусловлено их деятельностью и сжиганием продуктов переработки нефти (моторных, котельных топлив и др. продукции).

По загрязнению воздушного бассейна нефтепереработка и нефтехимия занимают четвертое место среди других отраслей промышленности. В состав продуктов сгорания топлива входят такие загрязняющие вещества, как оксиды азота, серы и углерода, технический углерод, углеводороды, сероводород.

В процессах переработки углеводородных систем в атмосферу выбрасывается более 1500 т/год вредных веществ. Из них углеводородов - 78,8 %; оксидов серы - 15,5 %; оксидов азота - 1,8 %; оксидов углерода - 17,46 %; твердых веществ - 9,3 %. Выбросы твердых веществ, диоксида серы, оксида углерода, оксидов азота составляют до 98 % суммарных выбросов от промышленных предприятий. Как показывает анализ состояния атмосферы, именно выбросы этих веществ в большинстве промышленных городов создают повышенный фон загрязнения.

Наиболее экологически опасными являются производства, связанные с ректификацией углеводородных систем - нефти и тяжелых нефтяных остатков, очисткой масел с помощью ароматических веществ, получением элементной серы, и объекты очистных сооружений [15].

Воздействие на атмосферу сельскохозяйственных предприятий. Загрязнение атмосферного воздуха сельскохозяйственными предприятиями осуществляется, в основном, через выбросы загрязняющих газообразных и взвешенных веществ вентиляционными установками, обеспечивающими нормальные условия жизнедеятельности животных и человека в производственных помещениях для содержания скота и птицы. Дополнительные загрязнения происходят от котельных в результате переработки и поступления в атмосферу продуктов сгорания топлива, от выхлопных газов автотракторной техники, от испарений из емкостей для хранения навоза, а также при разбрасывании навоза, удобрений и других химических веществ. Нельзя не учитывать и пыль, образующуюся при уборке полевых культур, погрузке, разгрузке, сушке и доработке сыпучей сельскохозяйственной продукции [16].

Топливно-энергетический комплекс (тепловые электростанции, теплоэлектроцентрали, котельные установки) выделяет в атмосферный воздух дым, образующийся при сгорании твердого и жидкого топлива. Выбросы в атмосферный воздух от использующих топливо установок содержат продукты полного сгорания - окислы серы и зола, продукты неполного сгорания - в основном окись углерода, сажа и углеводороды. Общий объем всех выбросов весьма значительный. Например, тепловая электростанция, потребляющая ежемесячно 50 тыс. т угля, содержащего примерно 1 % серы, ежедневно выбрасывает в атмосферу 33 т серного ангидрида, который может превратиться (при определенных метеорологических условиях) в 50 т серной кислоты. За одни сутки такая электростанция производит до 230 т золы, которая частично (около 40-50 т в день) выбрасывается в окружающую среду в радиусе до 5 км. Выбросы тепловых станций, сжигающих нефть, почти не содержат золы, однако выделяют в три раза больше серного ангидрида.

Воздушные загрязнения нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности содержат большое количество углеводородов, сероводорода и дурно пахнущих газов. Выброс в атмосферу вредных веществ на нефтеперерабатывающих заводах происходит главным образом вследствие недостаточной герметизации оборудования. Например, загрязнение атмосферного воздуха углеводородами и сероводородом отмечается от металлических резервуаров сырьевых парков для нестабильной нефти, промежуточных и товарных парков для легковых нефтепродуктов [17].

3.1 Последствия загрязнения атмосферы для здоровья человека и окружающей среды

Накопление вредных газов в атмосфере приводит к изменению климатических условий на планете:

1) усиливается парниковый эффект;

2) выпадают кислотные осадки;

3) происходит истончение защитного озонового слоя.

Усиление парникового эффекта связано с заметным увеличением количества СО₂ и других парниковообразующих газов, которые появляются, главным образом, вследствие сжигания огромных объемов топлива органического происхождения. При нынешних тенденциях средняя температура на Земле к концу 21 века может повыситься на 2,5-5°С. Это приведет к таянию полярных ледниковых шапок и повышению уровня Мирового океана. К концу 21 века, по прогнозам, он сможет повыситься от 60 до 100 см. Это создаст угрозу затопления низменных прибрежных районов земной суши, где сейчас проживает 70 % населения планеты.

Термин "кислотные дожди" ввел в 1872 г. английский инженер Роберт Смит в монографии "Воздух и дождь: начало химической климатологии". В отсутствии загрязняющих примесей в воздухе реакция дождевой воды слабокислая (pH равно 5,6), так как в ней легко растворяется углекислый газ из воздуха с образованием слабой угольной кислоты. Поэтому точнее кислотными следует называть осадки с pH равным 5,5.

Кислотные дожди образуются в результате растворения в атмосферной влаге оксидов азота, серы и других веществ, которые попадают в воздух при сжигании угля и мазута на электростанциях, использующих ископаемое топливо, а также за счет выхлопных газов автомобилей, работающих на бензине (рисунок 3).

Рисунок 3 - Схема образования кислотных дождей [3]

Выпадая, они наносят непоправимый ущерб лесам и водоемам, нарушая естественные процессы в почве, нормальный рост и развитие, как растений, так и животных (рисунок 4).

Рисунок 4 - Последствия кислотных осадков [3]

Кислотные дожди наблюдаются в Северной Америке, Европе, а также в промышленно развитых странах Востока. Здесь быстро прогрессирует вымирание лесов с их флорой и фауной, а также происходит обеднение видового биологического разнообразия [18].

Впервые мысль об опасности разрушения озонового слоя была высказана еще в конце 1960-х годов. Тогда считалось, что основную опасность для атмосферного озона представляют выбросы водяного пара и оксидов азота (NO_х) из двигателей сверхзвуковых транспортных самолетов и ракет.

В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о неожиданном факте: содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40 %. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. В начале 80-х годов по измерениям из космоса аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике. Эта дыра охватывала значительно меньшую площадь, и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9 % [19].

Содержание озона в атмосфере определяется естественными и антропогенными факторами. Около 85-90 % общего количества озона находится в стратосфере, небольшая часть - в тропосфере. Если весь озон привести к нормальному атмосферному давлению (760 мм рт. ст.) и температуре 0°C, то его толщина составит в среднем 3 мм. Количество озона изменяется при вулканических извержениях, изменении солнечной активности, температуры воздуха. В максимуме одиннадцатилетнего цикла солнечной активности содержание озона в высоких и средних широтах оказалось на несколько процентов выше, чем в минимуме. После крупных вулканических извержений содержание озона в стратосфере понижается. Связь общего содержания озона с температурой в тропосфере отрицательная, в стратосфере - положительная. В тропосфере плотность озона перед грозой и при грозе может возрастать в 10 раз.

Основным фактором, уменьшающим содержание озона в стратосфере, является антропогенная деятельность. К разрушению озонового слоя приводят фреоны (фтор - и хлорпроизводные метана, этана, циклобутана), бромсодержащие соединения, оксиды азота и др. Фреоны широко используются при производстве холодильников и кондиционеров, аэрозольных упаковок. Основными поставщиками фреонов является США (30,85 %), Япония (12,42 %), Великобритания (8,62 %), Россия (8 %). Бромсодержащие соединения выбрасываются в атмосферу при сжигании биомассы, работе двигателей внутреннего сгорания, в результате хозяйственной деятельности и т.д. Хлор- и бромсодержащие соединения способны оставаться в атмосфере 50-150 лет. Источниками поступления оксидов азота являются атомные взрывы в атмосфере, полеты самолетов в стратосфере, использование минеральных удобрений и сжигание топлива.

Содержание озона в северном полушарии снижается севернее 40° с. ш. на 5-20 %, над Антарктикой уменьшение количества озона превышает указанную величину на 30-40 %. Образованию озоновых дыр над Антарктикой способствует режим общей циркуляции атмосферы. В зависимости от интенсивности антарктического вихря глубина озоновой дыры изменяется. При интенсивном полярном вихре происходит изоляция холодных воздушных масс над Антарктикой, температура в стратосфере минимальна (минус 80°С), развиваются условия, способствующие разрушению озона. В северном полушарии частый обмен воздухом между полярными и умеренными широтами препятствует формированию мощного вихря. Поэтому температура стратосферы выше и разрушение озона существенно меньше.

Уменьшение содержания озона в атмосфере увеличивает интенсивность и дозы ультрафиолетового излучения. Увеличение количества ультрафиолетового излучения разрушает важнейшие биологические элементы - белки и нуклеиновые кислоты. У человека появляются ожоги на коже, при длительном действии этого излучения повышенной интенсивности развивается рак кожи.

Еще одним последствием загрязнения атмосферы является образование смога.

Смог (англ. smog, от smoke - дым и fog - туман) - чрезмерное загрязнение воздуха вредными веществами, выделенными в результате работы промышленных производств, транспортом и теплопроизводящими установками при определённых погодных условиях (рисунок 5).

Рисунок 5 - Смог [3]

Смог бывает следующих типов:

1) влажный смог лондонского типа - сочетание тумана с примесью дыма и газовых отходов производства;

2) ледяной смог аляскинского типа - смог, образующийся при низких температурах из пара отопительных систем и бытовых газовых выбросов;

3) сухой смог лос-анджелесского типа - смог, возникающий в результате фотохимических реакций, которые происходят в газовых выбросах под действием солнечной радиации; устойчивая синеватая дымка из едких газов без тумана [20].

Повышенный уровень загрязнения атмосферного воздуха отражается, прежде всего, на здоровье людей. Многочисленными исследованиями доказано, что в промышленных центрах с высоким уровнем загрязнения воздуха резко возрастает количество заболеваний, особенно среди людей старшего возраста и детей, повышается смертность. Взвешенные частицы дыма и сажи поглощают солнечный свет, при этом теряется значительная часть ультрафиолетовых лучей, представляющих наибольшую ценность для здоровья людей и животных. Ультрафиолетовая недостаточность часто становится причиной заболеваний рахитом и авитаминозом. Загрязненный воздух вызывает раздражения и болезни дыхательных путей - бронхит, эмфизему, астму.

Особенно опасны воздействия на человека канцерогенных веществ, которые способствуют развитию раковых и других опухолевых образований. Канцерогенные вещества образуются в результате частичного синтеза при неполном сгорании топлива. Их источниками являются выхлопные газы автотранспорта, авиации, промышленные отходы при сжигании твердого и жидкого топлива, газы, образующиеся в процессе переработки нефти.

Через атмосферный воздух распространяются радиоактивные загрязнения. Наибольшей биологической активностью обладают рентгеновские и гамма-лучи. Большую опасность для здоровья человека представляет стронций, который накапливается в костной ткани, в результате развиваются рак, белокровие и другие заболевания.

Признаки и последствия действий загрязнителей воздуха на организм человека большей частью выражаются в ухудшении общего состояния здоровья: появляются головные боли, тошнота, чувство слабости, снижается или теряется трудоспособность, сопротивляемость организма инфекциям. Неприятные запахи, запыленность, шумы и другие загрязнители воздушной среды вызывают ощущение дискомфорта, что психологически отрицательно воздействует на людей. [21].

3.2 Воздействие промышленного предприятия на атмосферный воздух на примере кондитерской фабрики "Спартак"

СП ОАО "Спартак" - один из крупнейших производителей кондитерских изделий и полуфабрикатов собственного производства в Республике Беларусь, выпускающий около 450 наименований кондитерских изделий, включая изделия лечебно-профилактического действия (рисунок 6).

Рисунок 6 - ОАО "Спартак" [3]

Основными видами продукции, выпускаемой фабрикой, являются: карамель, конфеты, шоколад и шоколадные изделия, печенье, вафельные изделия, торты и пирожные. На фабрике сегодня существуют 4 основных цеха: бисквитный, карамельный, вафельный, конфетно-шоколадный, где в широком ассортименте производят вышеуказанные виды продукции.

Основное производство имеет высокий уровень технического развития. Практически полностью автоматизированы линии по производству шоколада, печенья, карамели, вафель. Стратегия развития фабрики также предусматривает значительное изменение ассортимента продукции и повышение её качества за счёт сети цеховых и центральных лабораторий, оснащённых современным оборудованием, где осуществляется строгий входной контроль сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.

Водоснабжение предприятия осуществляется из сетей городского водопровода. На предприятии существует 3 системы водоснабжения: производственная, хозяйственно-бытовая и оборотная.

Оборотная система водоснабжения используется для охлаждения холодильного оборудования конфетно-шоколадного и карамельного цехов.

Производственные и хозяйственно-бытовые стоки без очистки сбрасываются в городскую систему канализации.

Очистные сооружения ливневой канализации отсутствуют, поверхностные стоки без очистки сбрасываются в ливневую канализацию г. Гомеля.

Основными производственными цехами, как источниками выбросов загрязняющих веществ являются: котельная предприятия, бисквитный, вафельный и конфетно-шоколадный цеха.

К вспомогательным цехам относятся: тарно-литографский цех, ремонтно-механический и ремонтно-строительный цеха, а также цех электро - работ.

Всего по предприятию насчитывается 126 источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, где выделяются следующие вредные ингредиенты: оксид углерода, диоксид азота, окись азота, ангидрид сернистый, аммиак, пыль сахара, пыль крахмала, этиловый спирт, бутиловый спирт, пары серной кислоты, ксилол, толуол, хлористый водород, бензин, анилин, сварочный аэрозоль, оксид марганца, древесная и неорганическая пыль и др. (таблица 1).

Таблица 1 - Стационарные источники выбросов загрязняющих веществ [22]

Наименование показателя	Значение
	2013 г.	2014 г.
1. Количество источников, всего	126	126
в том числе: организованных	98	98
- неорганизованных	28	28
- оснащенных ГОУ	32	32
- выбрасывающих загрязняющие вещества, с установленным ВНДВ	12,55	6,635
- включенных в систему локального мониторинга	-	-
2. Фактические выбросы загрязняющих веществ, т	45,937	56,847
3. Суммарный выброс газов, обладающих парниковым эффектом, т	11,8	8,6
в том числе: диоксида углерода, т	11,8	8,6

На СП ОАО "Спартак" функционируют 11 газоочистных установок, оснащенных циклонами сухой механической очистки воздуха от твердых частиц, что способствует не превышению ПДК выбрасываемых веществ.

В 2014 г. на ОАО "Спартак" была произведена модернизация ГОУ в ликерном отделении конфетно-шоколадном цехе с целью снижения выбросов пыли крахмала, а также замена холодильного агрегата (R-22) на линии "Спартак" на оборудование, содержащее озонобезопасный фреон (R-404), с целью снижения выбросов фреона R-22. План мероприятий был выполнен, так как выбросы пыли крахмала снизились на 0,3 т/год, а выбросы фреона R-22 на 0,008 т/год. Также ОАО "Спартак" имеет в своем штате 72 транспортных средства, из которых 8 легковых, 52 грузовых машин, 2 автобуса, 1 кран, 4 трактора и 10 погрузчиков [23]. Однако выбросы вредных веществ от автотранспорта находятся в пределах нормы, так как это контролируют экологи из Гомельского областного комитета природных ресурсов и охраны окружающей среды.

4. Проблемы охраны и рационального использования ресурсов атмосферы

Предприятия, выпускающие той или иной вид продукции, взаимодействуют с экосистемами, вызывая при этом их деградацию. Например, в результате загрязнения воздушного бассейна происходит разрушение рекреационных экосистем. Улучшения ситуации можно достичь при условии гармонизации отношений природных и технических комплексов и компонентов путем создания и эксплуатации эколого-экономической системы. Такая система представляет собой совокупность технических устройств и взаимодействующих с ними элементов природной среды, которые в ходе совместного функционирования обеспечивают, с одной стороны, высокие производственные показатели, а с другой - поддержание в зоне своего влияния благоприятной экологической обстановки, а также максимально возможное сохранение и воспроизводство естественных ресурсов. В эколого-экономической системе должен присутствовать особый блок управления, воспринимающий информацию о происходящих в природных системах изменениях, оценивающий возможные негативные последствия и передающий необходимую команду производственному предприятию. В качестве блока управления могут выступать органы власти или службы, например, служба охраны окружающей среды [24].

Всемирной метеорологической организацией (ВМО) была создана мировая сеть станций мониторинга фонового загрязнения атмосферы (БАПМоН). Цель ее состоит в получении информации о фоновых уровнях концентрации атмосферных составляющих, их вариациях и временных изменениях, по которым можно судить о влиянии человеческой деятельности на состояние атмосферы. Такая система позволяет накопить материал для оценки возможных изменений климата, перемещения и выпадения вредных веществ, оценить атмосферную часть биологических циклов.

В связи с ростом загрязнения окружающей природной среды в глобальном масштабе в 70 годы XX в. при ООН был создан комитет по окружающей среде (ЮНЕП).

Комитет принял решение об образовании глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС), предназначенной, главным образом для наблюдения за фоновым состоянием биосферы в целом и в первую очередь за процессами ее загрязнения.

Для выполнения единой программы наблюдений специалистами ряда стран были совместно разработаны методы определения концентраций загрязняющих веществ в объектах природной среды, в том числе в атмосферном воздухе и осадках; а также приняты для практического использования методики, позволяющие получить сопоставимые результаты.

Национальная сеть станций комплексного фонового мониторинга входит в международную сеть и осуществляет наблюдение за состоянием загрязнения природных сред фоновых районов. Эта сеть является фундаментом для создания национальной службы экологического мониторинга, которая впоследствии объединит станции, работающие по международным программам.

Базовые станции следует располагать в наиболее чистых местах, в горах, на изолированных островах, где на расстоянии 100 км от станции по всем направлениям в ближайшие 50 лет не предвидится значительных изменений в практике землепользования.

Основной задачей базовых станций является контроль за глобальным фоновым уровнем загрязнения атмосферы, не испытывающим влияния никаких локальных источников.

Региональные станции, главная цель которых заключается в обнаружении в районе станции долгопериодных колебаний атмосферных составляющих, обусловленных изменениями в использовании земли и другими антропогенными воздействиями, должны находиться в сельской местности, на расстоянии не менее 40 км от крупных источников загрязнения.

Континентальные станции (или региональные станции с расширенной программой) охватывают более широкий спектр исследований по сравнению с региональными станциями. Они должны размещаться в отдаленных районах, чтобы в радиусе 100 км не было источников, которые (за исключением коротких периодов времени) могли бы повлиять на локальные уровни загрязнения.

В связи с тем, что континентальные фоновые станции призваны характеризовать особенности загрязнения континентов в целом, их целесообразно устанавливать выше слоя перемешивания, т.е. выше 1000 м над уровнем моря [25].

Все направления охраны атмосферы можно объединить в четыре большие группы:

1) санитарно-технические мероприятия - сооружение сверхвысоких дымовых труб, установка газопылеочистного оборудования, герметизация технического и транспортного оборудования.

2) контрольно-запретительные мероприятия - установление предельно допустимых концентраций (ПДК) и предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ, запрещение производства отдельных токсичных продуктов, автоматизация контроля за выбросами.

3) архитектурно-планировочные мероприятия - создание санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий, оптимальное расположение промышленных предприятий с учетом розы ветров, вынос наиболее токсичных производств за черту города, рациональная планировка городской застройки, озеленение городов.

4) технологические мероприятия - создание новых технологий, основанных на частично или полностью замкнутых циклах, создание новых методов подготовки сырья, очищающих его от примесей до вовлечения в производство, замена исходного сырья, замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми, автоматизация производственных процессов.

В группе санитарно-технических мероприятий важным направлением охраны воздуха является очистка выбросов в сочетании с последующей утилизацией ценных компонентов и производством из них продукции. В цементной промышленности - это улавливание цементной пыли и ее использование для производства твердых покрытий дорог. В теплоэнергетике - улавливание летучей золы и утилизация ее в сельском хозяйстве, в промышленности строительных материалов.

При утилизации уловленных компонентов возникают два вида эффекта: экологический и экономический. Экологический эффект состоит в снижении загрязнения окружающей среды при использовании отходов по сравнению с применением первичных материальных ресурсов. Так, при производстве бумаги из макулатуры или использования металлолома в сталеплавильном производстве загрязнение атмосферы уменьшается на 86%. Экономический эффект утилизации уловленных ингредиентов связан с появлением дополнительного сырьевого источника, имеющего, как правило, более благоприятные экономические показатели по сравнению с соответствующими показателями производства из природного сырья. Так, производство серной кислоты из газов цветной металлургии по сравнению с производством из традиционного сырья (природной серы) в химической промышленности имеет более низкую себестоимость и удельные капитальные вложения, более высокую годовую прибыль и рентабельность.

К наиболее эффективным способам очистки газов от газовых примесей относятся три: абсорбция жидкостью, адсорбция твердым веществом и каталитическая очистка.

В абсорбционных способах очистки используются явления различной растворимости газов в жидкости и химические реакции. В жидкости (обычно воде) используются такие реагенты, которые образуют с газом химические соединения.

Адсорбционные методы очистки основаны на способности мелкопористых адсорбентов (активных углей, цеолитов, простых стекол и др.) улавливать из газов при соответствующих условиях вредные компоненты.

Основу каталитических методов очистки составляют каталитические превращения вредных газообразных веществ в безвредные. К этим методам очистки относятся инерционная сепарация, электрическое осаждение и др. При инерционной сепарации осаждение взвешенных твердых частиц происходит благодаря их инерции, возникающей при изменении направления или скорости потока в аппаратах, называемых циклонами. Электрическое осаждение основано на электрическом притяжении частиц к заряженной (осадительной) поверхности. Электрическое осаждение реализуется в различных электрофильтрах, в которых, как правило, зарядка и осаждение частиц происходит совместно.

Для уменьшения загрязнения атмосферы выбросами транспорта необходимо осуществлять следующие мероприятия:

а) совершенствование двигателей и создание новых двигателей;

б) применение альтернативных видов топлива (сжатого природного газа, сжиженных нефтяных газов, синтетических спиртов и т.д.) При использовании природного газа выброс автомобилями вредных компонентов сокращается в 3-5 раз, хотя расход горючего в двигателях внутреннего сгорания больше (при этом экономится нефть);

в) создание новых транспортных средств (электромобилей) и замена одних транспортных средств другими (автобуса - троллейбусом);

г) защита от шума (пассивная и активная). Автотранспорт снижает шум за счет развития шумоподавления дорог, снижения скорости в населенных пунктах, сооружения поперечных валков. Снижение шума на железнодорожном транспорте обеспечивается созданием экранов, тоннелей, улучшением аэродинамики локомотивов;

д) специальные мероприятия административного характера: ограничения на въезд, запреты на парковку, транспортные сектора и др.

Контрольно-запретительные мероприятия. Нормативной основой управления охраной атмосферы является стандарты качества воздуха. Показателями качества воздуха является предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК).

ПДК - это такое содержание вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека. При определении ПДК учитывается влияние загрязняющих веществ не только на здоровье человека, но и на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.

Для санитарной оценки воздушной среды используется ПДК для рабочей зоны (ПДК р. з.), максимально разовая (ПДК м. р.) и среднесуточная (ПДК с. с.).

ПДК р. з. - предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны. Эта концентрация не должна вызывать у работающих при ежедневном вдыхании в течение 8 ч за все время рабочего стажа каких-либо заболеваний или отклонений от нормы в состоянии здоровья. При этом рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой расположены места пребывания работающих.

ПДК м. р. - максимально разовая концентрация вредного вещества в воздухе населенных пунктов, которая не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДК с. с. - среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания [26].

Архитектурно-планировочные мероприятия. Если они проводятся на стадии выбора района строительства предприятия и компоновки зданий и сооружений на генплане существующего предприятия, не требует капитальных затрат, но в дальнейшем помогут сэкономить на мероприятиях по газоочистке и организации санитарно-защитной зоны.

При выборе района строительства необходимо руководствоваться картой районирования территории по потенциалу загрязнений воздуха. Необходимо избегать строительства предприятий с большими выбросами вредных веществ в местах застоя воздуха, в низинах и котлованах, а также в районах с часто повторяющимися туманами и повышенными температурными инверсиями. Следует уделять внимание взаимному расположению предприятий и жилых районов. Для каждого варианта расположения предприятия необходимо определить норматив предельно допустимых выбросов с учетом удаленности жилых районов, рельефа местности и климатических условий. При окончательном выборе места строительства следует исходить из минимума затрат на строительство предприятия в данном месте и расходов на очистку.

Организация санитарно-защитной зоны (ССЗ). Для предприятия предусмотрена санитарная классификация, учитывающая мощность предприятия, условия осуществления технологических процессов, характер и количество вредных выбросов, вибрацию, электромагнитные волны, ультразвук и другие вредные факторы. При необходимости размер санитарно-защитной зоны может быть увеличен, но не более чем в 3 раза (малая эффективность систем очистки, отсутствие способов очистки, неблагоприятные физико-географические или метеорологические условия, при строительстве новых малоизученных и вредных производств).

Размеры санитарно-защитной зоны, установленные в Санитарных нормах, должны подтверждаться расчетами рассеивания выбросов в соответствии с действующими методиками. При этом на границе санитарно-защитной зоны концентрация вредных веществ в приземном слое не должна превышать максимально разовую предельно допустимую концентрацию.

Технологические мероприятия. Радикальной мерой борьбы с загрязнением атмосферы является создание замкнутых технологических процессов, при которых отсутствует выброс в атмосферу. Перспективным является и принцип комплексного использования природного сырья с созданием малоотходных технологий.

Однако такой принцип организации промышленного производства не может быть достигнут во всех отраслях народного хозяйства, поэтому приобретают значение меры хотя и не радикального характера, но все же обеспечивающие сохранение допустимых санитарных норм.

Одной из таких мер являются мероприятия в сфере основной технологии, либо подавляющие полностью, либо снижающие выбросы вредных веществ. Эти мероприятия для каждого вида производства специфичны. Однако есть общие условия, действительные для многих отраслей. Для снижения выбросов вредных веществ в продуктах сжигания топлива необходимо совершенствование технологии его сжигания. Во всех без исключения топочных устройствах должно обеспечиваться полное сгорание горючих компонентов. Тем самым будет устранено присутствие в выбросах сажи и оксида углерода. С этой целью проектируют специальные форсунки для полного смешения топлива с воздухом. Если в процессах основной технологии неизбежно выделяются летучие горючие компоненты (смолы, оксид углерода и прочие) необходимо предусмотреть дожигающие устройства непосредственно в конструкции основного технологического оборудования. Переход на сжигание дробленного топлива снижает выброс золы в 2-2,5 раза, а выбросы субмикронных частиц, ответственных за выброс в атмосферу тяжелых металлов, сокращается на порядок. В топочных устройствах следует избегать превышение температуры сверх регламентного и объемов дутьевого воздуха сверх расчетного с целью снижения эмиссии оксида азота. С этой целью используют двухступенчатое сжигание топлива, рециркуляцию дымовых газов, переоборудование топки, сжигание в псевдоожижженом слое, специальные конструкции горелок.

С целью снижения выбросов диоксидов серы необходимо проводить предварительную обработку топлива (обессеривание), повышать качество используемого топлива (обогащение). Кроме того, для этих же целей проводится связывание серы в процессе сжигания топлива вводом щелочных присадок. Полностью ликвидируется выброс диоксиды серы при переводе котлов с твердого и жидкого топлива на газообразное, при замене пламенного нагрева электрическим.

Для снижения пылеобразования пылящих материалов необходимо герметизировать агрегаты - источники выбросов, а также максимально уплотнить пылегазовые тракты.

В аппаратах пылегазоочистки не должна иметь место нестабильность технологических режимов сверх допусков, установленных регламентом, так как при этом меняется состав и количество выбросов.

Замена периодических процессов непрерывными позволяет исключить залповые выбросы, характерные для периодических процессов.

Если по причинам объективного характера на данном этапе невозможно создание рациональной технологии, подавляющей выбросы вредных веществ, то предприятия обязаны сооружать очистные сооружения.

Однако не для всех выбросов разработаны способы очистки; во многих случаях она требует больших затрат, поэтому часто загрязненные выбросы отводят на большую высоту, сооружая высокие трубы. При этом вредные вещества, достигая приземного слоя атмосферы, рассеивают и создают приземную концентрацию, не превышающую нормативных значений [27].

Заключение

Атмосфера - сложная система, состоящая из воздуха, химических примесей и паров воды. Она - важнейший фактор метеорологического режима и условие для протекания физико-химических и биологических процессов в биосфере. От соотношения отдельных компонентов в атмосфере во многом зависит ее влияние на радиационный, тепловой и водные режимы, способность к самоочищению. Газовый состав атмосферы, содержащиеся в ней пары воды и различные взвеси обусловливают степень проникновения солнечной радиации на поверхность Земли и удержание тепла в околоземном пространстве.

Атмосфера обладает рядом других полезных для человека и иных живых видов свойств. Являясь проводником энергии Солнца, она служит барьером, защищающим Землю от космических воздействий. Особенно ее озоновый слой ограждает человеческий организм, другие живые организмы от губительных ультрафиолетовых и рентгеновских излучений. Земной поверхности достигают лишь те компоненты солнечного излучения, которые или не зависят от уровня солнечной активности (солнечный свет), или очень малы по интенсивности. Геомагнитное поле и атмосфера эффективно изолируют биосферу от космической среды. Ресурсы атмосферы занимают большое место в экономической деятельности человека. Атмосфера интенсивно эксплуатируется как транспортная коммуникация. Воздух является неотъемлемым компонентом производственных процессов, получения тепловой энергии, иной хозяйственной деятельности человека.

Промышленные предприятия оказывают крайне негативное воздействие на атмосферу. Они насыщают атмосферный воздух различными вредными примесями, среди которых сернистый газ, углеводороды, сероводород, соединения марганца, свинца, мышьяка, фосфора, пары ртути, фенол, формальдегид, бензол, аммиак и т.д. Все эти вещества представляют огромную опасность. Для атмосферы это заключается в том, что усиливается парниковый эффект (происходит повышение средней температуры воздуха на Земле, что может привести в таянию ледников и изменению климата), выпадают кислотные осадки (они наносят непоправимый ущерб лесам и водоемам, нарушая естественные процессы в почве, нормальный рост и развитие, как растений, так и животных), происходит разрушение озонового слоя (уменьшение содержания озона в атмосфере увеличивает интенсивность и дозы ультрафиолетового излучения).