Лекция №7 - Роль климатических факторов в загрязнении атмосферы

1. Влияние ветра и температуры

2. Определение концентрации вредных веществ при скоростях ветра, отличных от опасных

Распространение в атмосфере промышленных выбросов из труб и вентиляционных устройств подчиняется законам турбулентной диффузии.

Начиная с 70-х годов ХХ в. мировое сообщество развитых стран осознало, в целом, серьезность экологических проблем и вступило в эпоху создания и внедрения противозагрязнительной техники, выделяя на эти цели огромные финансовые ресурсы, сопоставимые с затратами на космос и машиностроение.

В нашей стране эти проблемы начали серьезно рассматриваться с переходом к рыночной экономике.

По результатам моделирования в город с населением 1 млн человек ежесуточно поступает 732 тыс. т вещества (вода, пища, топливо). На выходе за каждые сутки образуется около 503 тыс. Т вторичного вещества. Из них 500 тыс. т приходится на сточные воды, 2 тыс. т – твердые отходы и 1 тыс. т – газообразные и пылевые загрязняющие вещества. Масса двух последних условно распределена среди основных загрязняющих веществ город ской атмосферы следующим образом: твердые частицы – 150 т, диок- сид серы – 150 т, оксиды азота – 100 т, углеводороды – 100 т и оксиды углерода – 450 т.

Плотность накопления пыли на 1 км2 площади такого города (в модели площадь равна 300 км2) составляет 500 т/год. Из них максимум поступления в приземную атмосферу пыли и загрязняющих веществ в целом приходится на зимние месяцы, когда на полную мощность работают ТЭЦ, ГРЭС и котельные.

Оценка качества воздуха городов производится по сравнению наблюдаемых среднесуточных концентраций с ПДКс.с.

В последнее время используют также обобщенные показатели качества – индексы загрязнения атмосферы (ИЗА).

Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное – распределением температур в вертикальном направлении. Вместе с тем на распределение (миграцию и концентрацию) всей массы поллютантов оказывают влияние очень многие факторы:

– размещение промышленных предприятий в структуре города;

– геоморфологические особенности местности;

– особенности выброса загрязняющих веществ: висота труб, диаметр устья;

– особенности технологии производства, мощность предприятия, способы очистки и утилизации и пр.;

– физические и химические свойства выбрасываемых веществ, температура пыле-газо-аэрозольных выбросов;

– состояние атмосферы, роза ветров;

– режим атмосферных осадков;

– размер пылевых фракций выбросов и их взаимодействие с поверхностью.

Пыль выбросов классифицируется по абсолютным размерам частиц:

– крупные частицы (средний размер диаметра 20 мкм) концентрируются в нижнем слое тропосферы (до 3000 м). Они осаждаются под действием силы тяжести, но могут переноситься ветром и на большие расстояния;

– средняя (полутонкая) пыль с диаметрами частиц 5,0–0,1 мкм. Она в пределах санитарно-защитной зоны осаждается с трудом или не осаждается вовсе. Частицы пыли размером меньше 1 мкм служат ядрами конденсации молекул водяного пара. Для частиц диаметром менее 0,1 мкм из-за броуновского движения осаждение в обычных условиях невозможно (эти частицы называют аэрозолем);

– тонкая (микроскопическая) пыль (диаметр менее 0,001 мкм). Она не осаждается при нормальных погодных условиях, носит название «частицы Айткена».

Большинство частиц выбросов, удерживающихся в воздухе в течение длительного времени, имеют диаметр 5,0–1,5 мкм.

Тонкая и частично средняя пыль не осаждается в местах выброса при сухой атмосфере и может попасть в воздушные потоки трансграничных региональных и даже глобальных загрязняющих веществ. Однако при влажной атмосфере эти частицы вымываются с осадками и могут оказаться на земной поверхности вблизи мест выброса. Газообразные поллютанты также, в значительной мере, вымываются из атмосферы и оседают на землю с дождем или снегом. При изучении снежного покрова как депонирующей среды необходимо иметь в виду, что снег не является абсолютно химически инертной средой, он участвует в реакциях обмена с прилегающим воздухом.

Итак, масса загрязненного воздуха высотой до 1000–3000 м накрывает территорию промышленного города. Внутри него эпизодически или непрерывно увеличивается количество загрязняющих веществ, которые оседают на депонирующие среды в пределах территории (почву, снег, донные отложения) либо выносятся за городскую черту по розе ветров. В итоге над городом и вокруг него формируется пятно хронического загрязнения поверхности, которое накладывается на техногенный атмосферный купол тепла (до +5–6 градусов).

Основные негативные последствия загрязнения атмосферного воздуха в урбанизированных районах:

– снижение солнечной ультрафиолетовой радиации до 30 %, уменьшение продолжительности солнечного сияния до 15 %;

– увеличение по сравнению с фоном газообразных примесей в 5–25 раз ядер конденсации молекул водяного пара – в 10 раз и больше, общей массы пыли – в 10 раз и больше;

– увеличение по сравнению с фоном аэрозольных примесей в 100–1000 раз;

– повышение времени облачности и туманов летом на 30 %, туманов зимой – на 200 %;

– температура суточного минимума на 1,0–9,0 °С выше;

– скорость ветра: среднегодовая на 20–30 % меньше, сильные порывы– на 10–20 % меньше, штили – на 5–10 % больше;

– содержание токсичных тяжелых металлов и канцерогенных веществ в аэрозолях техногенных ландшафтов урбанизированных районов увеличено в среднем в 4–5 раз по сравнению с фоном;

– повышенный риск заболеваний населения болезнями, характер которых зависит от типа поллютанта (аллергия, заболевания органов дыхания, сердечно-сосудистой системы и пр.);

– повышенный износ материалов конструкций, строений, памятников архитектуры за счет воздействия различных видов химической, физико-химической и микробиологической коррозии;

– уменьшение площадей, покрытых растительностью, болезни деревьев;

– локальное изменение климата, биохимических кругооборотов основных компонентов атмосферы (воды, азота, серы, углерода), увеличение количества дождей, преобладание кислотных осадков;

– отдаленные последствия, связанные с генетическими изменениями.

Климатические факторы играют весьма специфичную роль в миграции и концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы. В настоящее время среди большого разнообразия климатических факторов количественному учету при экологических расчетах стали доступны лишь некоторые из них.

К ним относятся – температура воздуха и выбросов, скорость и направление ветра, стратификация приземной атмосферы, количество осадков, влажность и некоторые другие.

1. Инженерная экология и экологический менеджмент / М.В. Буторина, П.В. Воробьев, А.П. Дмитриева [и др.] ; под ред. Н.И. Иванова, И.М. Фадина. – М.: Логос, 2003. – 528 с.

2. Мананков, А.В. Экология: учеб. пособие / А.В. Мананков. – Томск: Изд-во ТГАСУ, 2003. – 142 с.

3. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009): Гигиенические нормативы. – М.: Центр СЭН, ГСиЭ Минздрава России, 2009. – 116 с.

4. Самарский, А.А. Численные методы решения задач конвекции-диффузии. Изд. 3-е / А.А. Самарский, П.Н. Вабищевич. – М.: УРСС, 2004. – 248 с.

5. Сапожников, Ю.А. Радиоактивность окружающей среды. Теория и практика / Ю.А. Сапожников, Р.А. Алиев, С.Н. Калмыков. – М.: Бионом, 2006. – 286 с.

6. Тарасов, В.В. Мониторинг атмосферного воздуха / В.В. Тарасов, И.О. Тихонова, Н.Е. Кручинина. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2000. – 97 с.

7. Хомич, В.А. Экология городской среды: учеб. пособие / В.А. Хомич. – М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2006. – 240 с.

8. Язиков, Е.Г. Геоэкологический мониторинг / Е.Г. Язиков, А.Ю. Шатилов. – Томск: Изд-во ТПУ, 2004. – 276 с.

9. Анализ объектов окружающей среды. Инструментальные методы / под ред. Р. Сониасси. – М.: Мир, 1993. – 80 с.

10. Афанасьев, Ю.А. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: учеб. пособие. Ч. 1 / Ю.А. Афанасьев, С.А. Фомин. – М.: Изд-во МНЭПУ, 1998. – 208 с.

11. Безопасные уровни содержания вредных веществ в окружающей среде. – М.: ВНИИТБХП, 1990. – 301 с.

12. Гаев, А.Я. Экологические основы строительного производства / А.Я. Гаев, В.Е. Нарижная [и др.]. – Свердловск, 1990. – 180 с.

13. Мананков, А.В. Научная рациональность в проблеме устойчивого развития / А.В. Мананков // Методология науки Вып. III. Становление современной научной рациональности. – Томск: Изд-во ТГУ, 1998. – С. 120–126.

14. Мананков, А.В. Краткий словарь по геоэкологии и экологической безопасности: учеб. пособие / А.В. Мананков, В.П. Парначев. – Томск: Изд-во ТГАСУ, 2006. – 77 с.

15. Перегуд, Е.А. Инструментальные методы контроля загрязнения атмосферы / Е.А. Перегуд, Д.О. Горелик. – Л.: Химия, 1981. – 384 с.

16. Потапов, В.В. Киотский протокол как механизм дискриминации России / В.В. Потапов // Использование и охрана природных ресурсов в России. – 2004. – № 3. – С. 73–85.

17. Руководство Р 2.2.2006-05. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда. – М.: Минздрав России, 2005. – 152 с.

18. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986. – 135 с.

19. Экология и экономика природопользования / под. ред. проф. Э.В. Гирусова. – М.: Единство, 2002. – 519 с.

20. Ясаманов, Н.А. Основы геоэкологии: учеб. пособие /Н.А. Ясаманов. – М.: ИЦ «Академия», 2003. – 352 с.