Розділ 4 Моніторинг атмосферного повітря
4.1.Основні джерела забруднень і забруднювачі атмосферного повітря.
4.2.Нормування якості повітря.
4.3. Моніторинг атмосферного повітря.
4.4. Автоматизовані прилади контролю атмосферного повітря
Основні терміни розділу
Джерела забруднень
забруднюючі атмосфери
нормування якості повітря
стаціонарні, маршрутні, пересувні насоси
програми спостережень
автоматизовані прилади
ПОСТ – 1, ПОСТ - 2
4.Моніторинг атмосферного повітря.
4.1.Основні джерела забруднень і забруднювачі атмосферного повітря
Одним із важливих об’єктів навколишнього природного середовища є атмосферне повітря. Стійкість біосфери залежить від його чистоти. Забруднення повітря негативно впливає на рослини, тварини, людей, будови, обладнання та різні матеріали. Повітря, яким ми дихаємо, являє собою фізичну суміш газів, які складають атмосферу. У складі повітря є постійні складові частини атмосфери і непостійна кількість різних домішок природного і антропогенного походження.
Повітряна оболонка Землі формує атмосферу радіусом до 20000 м. Атмосфера захищає біоту від знищувальної дії космосу. Атмосфера складається із наступних шарів: тропосфери, стратосфери, мезосфери, іоносфери, протоносфери та магнітосфери, що виконують певні захисні функції.
Тропосфера - приповерхневий шар атмосфери товщиною в середньому 11 км, на який припадає три четверті маси всієї атмосфери Склад тропосфери: азоту - 78,08%, кисню - 20,95%, аргону -0,93%, вуглекислого газу - 0,033%, а решта - водяна пара, пил, сажа та інші домішки (табл.4.1.)
Таблиця 4.1
Маса забруднюючих речовин (т/рік), які викидаються в атмосферу.
Речовина |
Природні надходження |
Антропогенні викиди |
Оксид вуглецю (CO) |
─ |
3,5 ∙ 108 |
Діоксид сірки (SO2) |
1,4 ∙ 108 |
1,45 ∙ 108 |
Оксиди азоту (NOx) |
1,4 ∙ 109 |
(1,5 – 2,0) ∙ 107 |
Аерозолі ( тверді частинки) |
(7,7- 22,0) ∙ 1010 |
(9,6 – 26,0) ∙ 1010 |
Поліхлорвінільні речовини, фреони. |
─ |
2,0 ∙ 106 |
Озон (O3) |
2,0 ∙ 109 |
─ |
Вуглеводи |
1,0 ∙ 109 |
1,0 ∙ 106 |
Свинець (Pb) |
─ |
2,0 ∙ 106 |
Ртуть (Hg) |
─ |
5,0 ∙ 103 |
Діоксид вуглецю (CO2) |
0,1 ∙ 1013 |
0,18 ∙ 1011 |
Сірководень (H2S) |
1,9 ∙ 107 |
0,36 ∙ 107 |
Серед постійних складових частин повітря основне значення має кисень, необхідний для дихання усіх живих організмів, за виключенням небагатьох видів анаеробних мікроорганізмів. Найбільшою складовою частиною повітря є азот, з яким пов’язана поява життя на Землі, тому що він входить у склад білків і інших органічних азотистих сполук. Азот належить до інертних газів і грає роль розчинника кисню, тому що життя у чистому кисні не можливе. Інші інертні гази (аргон, неон, гелій, криптон, ксенон) за характером дії на людину подібні азоту.
Вуглекислий газ являється джерелом вуглецю органічних речовин. Він поступає в атмосферу при процесах дихання, бродіння, гноїння та окиснення органічних речовин, при їх розпаді, при спалені горючих корисних копалин. Тропосфера нагрівається від Землі. З висотою температура повітря знижується на 0,5°С на кожні 100 м. У тропосфері дуже інтенсивний горизонтальний і вертикальний рух повітря. Частина тропосфери, в якій відбувається життєва діяльність живих організмів, називається біосферою. Закінчується тропосфера перехідним шаром товщиною в один кілометр - тропопаузою. В тропопаузі постійна температура (-60...-70°С) та немає вертикальних рухів повітря. Вона захищає біосферу від надмірних витрат тепла в космічний простір.
Стратосфера - шар атмосфери до висоти 40 км, в якому спостерігається підвищений вміст озону. Температура в стратосфері (-70...90°С). Озон захищає біосферу від довгохвильового ультрафіолетового випромінювання.
Мезосфера - шар атмосфери до висоти 80 км, в якому переважають найнижчі температури (-100...130°С). На висоті 80 - 100 км у межах мезосфери розташований шар динамічного стиснення космічного пилу та випаровування метеоритів з виділенням води.
Іоносфера - шар атмосфери на висоті від 100 до 1000... 1200 км, в якому температура коливається в інтервалі +1000...1400°С. В цьому шарі спостерігається висока концентрація електронів і позитивних іонів, які при взаємодії з ультрафіолетовим випромінюванням, захищають від нього і рентгенівського випромінювання біосферу.
Протоносфера - шар атмосфери на висоті від 1000 до 2000 км, що складається з іонізованого водню з незначними домішками гелію, він має температуру +400...1600°С. Цей шар захищає біосферу від електронів високих енергій.
Магнітосфера - простір, розташований вище атмосфери, в якому формується магнітне поле Землі. З боку Сонця магнітне поле простягається на 64000 км, а з протилежного боку - на віддаль до 1 млн.км. Магнітосфера захищає біосферу від безпосередньої дії потоку високотемпературної плазми, в складі якої є частинки дуже високих енергій і сильні магнітні поля.
Джерела забруднень
Забруднення атмосфери - зміна складу атмосфери в результаті попадання в неї домішок.
Домішки в атмосфері - це розсіяна в атмосфері забруднююча речовина, що не міститься в її постійному складі і надає несприятливу дію на навколишнє середовище і здоров’я населення.
Оскільки домішки в атмосфері можуть зазнавати різні перетворення, їх можна умовно розділити на первинні і вторинні.
Первинні домішки в атмосфері - домішки, що зберегли за даний інтервал часу свої фізичні і хімічні властивості.
Перетворення домішок в атмосфері - процес, при якому домішки в атмосфері піддаються фізичним і хімічним змінам під впливом природних і антропогенних чинників, а також в результаті взаємодії між собою.
Вторинні домішки в атмосфері - це домішки в атмосфері, що утворилася в результаті перетворення первинних домішок.
По дії на організм людини забруднення атмосфери підрозділяють на фізичне і хімічне. До фізичного відносять: радіоактивне випромінювання, теплова дія, шум, низькочастотні вібрації, електромагнітні поля. До хімічного - наявність хімічних речовин і їх з'єднань.
Викиди в атмосферу забруднюючих речовин характеризуються по чотирьом ознакам: по агрегатному стану, хімічному складу, розміру частинок і масовій витраті викинутої речовини.
За агрегатним станом викиди шкідливих речовин в атмосферу класифікуються на:
газоподібні ( діоксид сірки, оксиди азоту, азот вуглецю, вуглеводні й ін.);
рідкі (кислоти, луги, розчини солей і ін..);
тверді (канцерогенні речовини, свинець та його сполуки, органічний та неорганічний пил, сажа, смолисті речовини та ін.).
Речовини, що забруднюють атмосферу викидаються у вигляді суміші пороши, диму, туману, пари і газоподібних речовин.
Джерела викидів в атмосферу підрозділяють на природні, обумовлені природними процесами, і антропогенні (техногенні), що є результатом діяльності людини.
До природних джерел забруднення атмосферного повітря відносять пилові бурі, масиви зелених насаджень в період цвітіння, степові і лісові пожежі, виверження вулканів. Домішки, що виділяються природними джерелами:
• пил рослинного, вулканічного, космічного походження, продукти ерозії ґрунту, частинки морської солі;
• тумани, дим і гази від лісових і степових пожеж.
Природні джерела звичайно бувають площадковими (розподіленими) і діють порівняно короткочасно. Рівень забруднення атмосфери природними джерелами є фоновим і мало змінюється з часом.
Антропогенні (техногенні) джерела забруднення атмосферного повітря, представлені головним чином викидами промислових підприємств і автотранспорту, відрізняються чисельністю видів.
Рис 4.1. Джерела забруднення атмосфери:
1 - високий димар; 2 - низький димар; 3 - аераційний ліхтар цеху; 4 - випаровування з поверхні басейну; 5 - витоку через нещільність устаткування; 6 - розпилення при розвантаженні сипких матеріалів; 7 - вихлопна труба автомобіля; 8 - напрям руху потоків повітря.
Джерела викидів промислових підприємств (рис.4.1) бувають стаціонарними (джерела 1-6), коли координата джерела викиду не змінюється в часі, і пересувними нестаціонарними (джерело 7 - автотранспорт).
Джерела викидів в атмосферу підрозділяють на: точкові, лінійні і площадкові.
Кожний з них може бути затінений і незатінений. Точкові джерела (на рис.4.1- 1,2, 5, 7) - це забруднення, зосереджені в одному місці. До них відносяться димарі, вентиляційні шахти, вентилятори на даху.
Лінійні джерела (3) мають значну протяжність. Це аераційні ліхтарі, ряди відкритих вікон, близько розташовані дахові вентилятори. До них можуть бути також віднесені автотраси.
Площадкові джерела (4, 6). Забруднення, що тут виділяються, розосереджені по площини промислового майданчика підприємства. До площадкових джерел відносяться місця складування виробничих і побутових відходів, автостоянки, склади паливно-мастильних матеріалів.
Незатінені (1), або високі, джерела розташовані в недеформованому потоці вітру. Це димарі і інші джерела, що викидають забруднення на висоту, що перевищує 2,5 висот розташованих по близькості будівель і інших перешкод.
Затінені джерела (2-7) розташовані в зоні підпору або аеродинамічної тіні будівлі або іншої перешкоди.
Джерела викидів забруднюючих речовин в атмосферу підрозділяють на організовані і неорганізовані.
З організованого джерела (1, 2, 7) забруднюючі речовини поступають в атмосферу через спеціально споруджені газоходи, повітроводи, труби.
Неорганізоване джерело виділення забруднюючих речовин (5, 6) утворюється в результаті порушення герметичності устаткування, відсутності або незадовільної роботи устаткування по відсмоктуванню пороши і газів, в місцях завантаження, вивантаження або зберігання продукту. До неорганізованих джерел відносять автостоянки, склади паливно-мастильних або сипких матеріалів, інші площадкові джерела.
Забруднювачі повітря
Серед найбільш розповсюджених і небезпечних забруднювачів атмосферного повітря можна виділити наступні: тверді частинки (пил, попіл, сажа), оксиди сірки (в основному SO2), азоту (NOx), вуглецю (СО), вуглеводні та інші леткі органічні сполуки, свинець і інші важкі метали, озон і інші фотохімічні окислювачі, кислоти, в основному сірчана і азотна (табл. 4.2.).
Таблиця 4.2