Загрязнение атмосферы (стр. 1 )

Загрязнение атмосферы

Одним  из наиболее жизненно-важных  ресурсов Земли является её атмосфера. Без кислорода, который  составляет около 21 % атмосферы, биологическая жизнь на земле невозможна. Кроме кислорода в атмосфере присутствуют также «парниковые газы», такие как  углекислый газ и метан (Greenhouse Gases), которые обеспечивают поддержание на поверхности Земли необходимой температуры, что тоже является немаловажном фактором, обеспечивающим поддержание жизни на планете.  Однако, с развитием промышленности и транспорта, цивилизация столкнулась с проблемой, которая в дальнейшем может привести к гибели  всего живого на Земле. Это проблема  глобального потепления, или, как её иначе  называют,  «парникового эффекта», связанная с  интенсивным загрязнением атмосферы. Отравления  человека загрязненной атмосферой, пожалуй, имеют столь же древнюю историю, как и  ожоги пламенем. В истории развития  человечества было много случаев, когда  значительное загрязнение атмосферы вызывало гибель людей. Так, первое  письменное подтверждение о значительное гибели людей от удушья во время пожара в Риме, датировано 13 веком. А к началу 20 столетия, когда  развитие промышленности шло  значительными темпами,  загрязнение атмосферы в индустриально развитых странах начало сказываться  не только на здоровье людей, но и на состоянии окружающей среды. В 1970-х годах впервые  появились термины  «кислотный дождь», «озоновая дыра», «парниковый эффект». Более того,  загрязнение атмосферы сказывалось не только в индустриально-развитых странах, но и во всем мире, поскольку  постоянное перемещение воздушных масс приводит к загрязнению всей атмосферы. Наиболее важными компонентами для оценки качества атмосферы являются: содержание озона, окислов азота, окислов серы и присутствие взвешенных микрочастиц (Suspended Particulate Matters). Все загрязнители  атмосферы классифицируются на  2 класса: микрочастицы (пыль, туман, дым и пр.) и газы.

Микрочастицы

Присутствие в атмосфере  мельчайших частиц в виде пыли значительно снижает  качество

воздуха и оказывает вредное воздействие на здоровье человека, вызывая  повышенную смертность и возникновение хронических заболеваний, таких как астма. По  статистическим данным (ВОЗ) ежегодно в развитых  странах  свыше  1,9 миллионов человек получают отравления  за счет  наличия в атмосфере избыточного количества взвешенных частиц, и около 500000 случаев отравлений сопровождаются смертельным исходом. Казалось бы, если содержание  вредных веществ в атмосфере не превышает каких-либо предельных концентраций, то и вредного воздействия на человека они не должны оказывать. Однако последние исследования в этой области показали, что во многих случаях присутствие в атмосфере даже самых незначительных концентраций микрочастиц, может оказывать  воздействие на здоровье человека. До сих пор механизм этого  воздействия  не изучен достаточно полно. Доказано, что частички, диаметр которых не превышает 10 миллимикрон,  попадая в легкие человека, повышают зависимость состояния его здоровья  от состояния воздуха и  концентрации в нем  вредных веществ.

А  при попадании в легкие более мелких частиц, диаметром менее 2,5 миллимикрон, эффект их вредного воздействия определяется в основном  не концентраций, а химическим составом вещества. 

 

Рис. 1 Процесс загрязнения атмосферы.

Некоторая часть микрочастиц попадает в атмосферу напрямую, например, при сжигании топлива, но  значительная их часть  формируется уже в атмосфере из газообразных загрязнителей, таких как  летучие органические соединения - ЛОС (Volatile Organic Compounds – VOC), окислы азота (NOx), окислы серы (SOx) и аммиак (NH3). Это значит, что источников загрязнения атмосферы микрочастицами значительно больше, нежели источников их открытого выброса. И формирование вторичных микрочастиц из газообразных продуктов может происходить в атмосфере на значительном удалении от источника газов. Общий объём микрочастиц, образовавшихся в результате жизнедеятельности природы (лесные пожары, извержения вулканов, песчаные бури и пр.) весьма незначителен по сравнению с  количеством выбросов в атмосферу, которые генерирует человечество. Существует 2 вида источников загрязнения: стационарные, такие как фабрики, заводы, электростанции, и  мобильные, такие как транспорт. На долю стационарных источников загрязнения приходится около 24% вредных выбросов в атмосферу, а на долю транспорта (включая морской) – более 49%. Микрочастицы образуются в атмосфере несколькими способами:

За счет химических реакций между  различными веществами, За счет конденсации, растворения абсорбции и адсоррбции, За счет механического воздействия: дробления, распыления, сжигания и пр.

Озон

Озон представляет собой 3-х атомный кислород -  О3, бесцветный, плохо растворимый в воде газ с характерным запахом. Если в верхних слоях атмосферы (в стратосфере) он представляет собой защитный экран, предохраняющий жизнь земли от  губительного воздействия ультрафиолета и солнечной радиации,  то приземный слой озона (в тропосфере) оказывает на живую природу такое же вредное воздействие, как и  микрочастицы, разрушая  легкие человека и животных,  растительность, леса и строения. Воздействие озона на живой  организм многообразно. Он  вызывает морфологические,  биохимические и функциональные изменения в организме, значительно снижает его защитные функции. Повышенное содержание озона в атмосфере значительно снижает рост и репродуктивность растений, уменьшает  их устойчивость к климатическим воздействиям. Приземный слой озона формируется  в атмосфере за счет фотохимических реакций окислов азота с летучими органическими соединениями в присутствии  солнечного света. Реакция протекает следующим образом:

Рис. 2.  Озоновый цикл в атмосфере.

Под воздействием ультрафиолета, происходит расщепление  окись азота  NO2  при  этом образуется закись азота NO и высвобождается атом кислорода О, который  объединяется  в молекулярным кислородом, образуя озон O3. Присутствие  в атмосфере углеводородов НС, позволяет закиси азота NO окисляться в окись азота NO2 без поглощения образовавшегося озона. Таким образом,  обеспечивается генерирование озона.

 

Образование озонового слоя происходит в процессе перемещения  газового облака в  атмосфере. Поэтому приземный слой озона может сформироваться на значительном удалении от  источников выброса NO2 . Согласно требованиям  Всемирной организации здравоохранения, средневзвешенное содержание озона в атмосфере не должно превышать  120 мg / м3. Однако контролировать соблюдение таких стандартов довольно сложно, поскольку  озоновое загрязнение напрямую связано с  эмиссией в атмосферу окислов азота и ЛОС.

Кислотные дожди.

«Кислотный дождь»  - распространенное  описание процесса  образования  осадков различного вида (дождь, снег, туман и пр.), содержащих кислоты. Научное название  такого рода осадков – кислотные образования, поскольку  выпадать на земную поверхность они могут как в виде твердых частиц, так в виде капель жидкости или газов. Как  раз жидкие кислотные образования  и известны под названием «кислотный дождь». Присутствие в атмосфере окислов серы и азота, приводит к тому, что они взаимодействуют с парами воды, содержащимися в воздухе,  и образуют  растворы кислот. Смешиваясь с  атмосферными осадками, растворы кислот попадают на землю, нанося  значительный ущерб природе и человеку. Примерно половина образовавшихся кислот  выпадает на земную поверхность в виде  сухих кислотных образований или газов, нанося еще больший ущерб, нежели кислотные дожди, поскольку  попадают туда, куда жидкие кислотные образования попасть не могут. Кислотные дожди  разрушают почву, вымывая из неё  щелочно-земельные металлы,  разрушают строения,  наносят ущерб  живой природе и здоровью человека. Изменение  внешних условий в замкнутой экосистеме,  приводит к тому, что нарушается экологическое равновесие, что в конечном итоге может привести к гибели экосистемы в целом.

Загрязнение воздуха с судов и терминалов.

Транспорт представляет собой основной источник выбросов в атмосферу окислов серы, окислов азота и ЛОС, которые образуются при  неполном сгорании топлива в двигателях и в процессе непосредственного испарения груза. Как  говорилось выше, выбросы со стационарных источников загрязнения, таких как  тепловые электростанции, составляет около 24% всего объёма выбросов, а выбросы с транспорта превышают 49% от этого объёма. И морской транспорт, по количеству  вредных выбросов в атмосферу, занимает  ведущее место. Так, ежегодные выбросы  только с судов, вовлеченных в международные перевозки по Балтике, Северному морю, Северной Атлантике, Средиземному и Черному морям, в 1990 году составляли около 2,8 миллионов тонн окислов серы и около 4,0 миллионов тонн окислов азота, то есть свыше 15 % от общего объёма  всех выбросов в Западной Европе. Причем данные цифры относятся  только к судам, занятым в международных перевозках и не включают выбросы с судов внутреннего плавания. Более того, если учесть что за  последние 10 лет грузооборот морских судов  увеличился примерно на 30%, то, можно предположить, насколько увеличилось загрязнение атмосферы с судов. Согласно данным  комитета по охране окружающей среды стран Евросоюза, ежегодные выбросы ЛОС  в атмосферу  составляют около 10 миллионов тонн в год, причем на  долю морского транспорта (танкеров) приходится  около 15% всех выбросов ЛОС, а на долю  терминалов,  производящих хранение и перевалку таких грузов – еще около 5 %.  Как уже отмечалось выше, наличие  в атмосфере  ЛОС вызывает  формирование приземного озона, который  наносит непоправимый ущерб здоровью людей и живой природе, в то же время  многие ЛОС сами по себе представляют значительную угрозу здоровью людей, являясь  сильнейшими канцерогенами и тератогенами. Поскольку морское судоходство – дело межнациональное, было бы логично, предпринять какие-либо меры, ограничивающие  выброс вредных веществ с судов, на международном уровне. Так в 1979 году была подписана Международная конвенция  о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, согласно которой страны-участницы должны  сократить выбросы вредных веществ в атмосферу. В 1987 году ВОЗ выпустила  Руководство  по контролю атмосферы (Clean Air Guidelines) в котором  приведены основные критерии по  максимально допустимому содержанию вредных веществ в атмосфере. А в 1992 году был подписан Протокол по ограничению выбросов ЛОС к Международной конвенции  о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, согласно которому  страны-участницы должны в течении 10-15 лет снизить на 80-90% или прекратить  вообще выбросы в атмосферу летучих органических соединений (ЛОС). Протокол ЛОС обязал  страны-участницы и, в частности ИМО,  разработать к 1996 году соответствующие нормы  и правила по оборудованию  терминалов и танкеров системами контролируемого газоотвода. И в 1997 году Международным комитетом  ИМО по защите окружающей среды, после года различных согласований и договоренностей было  опубликовано Приложение VI к МАРПОЛ 73/78, регламентирующее правила по предотвращению загрязнения атмосферы с судов. Но эти правила настолько «сырые», что  их использование  дает  очень незначительный эффект. Планируется, что до конца 2003 года это приложение будет пересмотрено и вступит в силу. Хотелось бы отметить, что  Приложение VI к МАРПОЛ 73/78 далеко не первая попытка ИМО создать законодательную базу по защите атмосферы земли от вредных выбросов с судов. В 1992 году  на основании требований Протокола ЛОС, и опыте  США, которые  с 1990 года начали использовать системы газоотвода на  нефтяных и химических терминалах,  Комитет ИМО по безопасности мореплавания опубликовал циркуляр № 000 «Стандарты по системам регулирования эмиссии газов». Ниже в пособии  рассматриваются  основные требования к системам газоотвода танкеров и терминалов и особенности их эксплуатации.