Введение

Актуальность темы работы заключается в том, что проблема охраны атмосферного воздуха в последнее время приобретает глобальный характер. Это обусловлено как изменением климата в виде парникового эффекта, так и увеличивающимися выбросами в атмосферу твердых, жидких и газообразных отходов производства в промышленности и сельском хозяйстве, энергетике и транспорте.

Охрана атмосферного воздуха предполагает осуществление комплекса мер, направленных на предотвращение его загрязнения, сохранение атмосферного воздуха в чистоте и улучшение его состояния, благоприятного для здоровья людей и окружающей природной среды.

Качество воздуха в городах формируется в результате сложного взаимодействия природных и антропогенных факторов. Основными источниками загрязнения воздуха городов являются промышленные производства, энергетические установки и транспорт. Однако, состояние воздушного бассейна городов зависит не только от количества выбросов загрязняющих веществ и их химического состава, но от климатических условий.

Источники загрязнения атмосферного воздуха бывают как природного (естественного) происхождения, так и антропогенного. Основными природными источниками загрязнения атмосферы химическими веществами являются действующие вулканы, лесные, степные, подземные угольные, торфяные пожары, естественные выходы природных газов и ряд других источников. За счет природных источников загрязнение атмосферы происходит медленно и человек за многие столетия приспособился к такому загрязнению, тем более что влияние его собственной деятельности на загрязнение окружающей среды в недалеком прошлом (100-150 лет назад) было незначительно.

Цель работы – описание мероприятий по защите воздуха.

Мероприятия по защите атмосферного воздуха

Под атмосферным воздухом понимается "жизненно важный компонент окружающей природной среды, представляющий собой естественную смесь газов атмосферы, находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений". 1 Иными словами объектом правовой охраны является воздух во внешней, открытой среде, а охрана воздуха в производственных, административных и других помещениях регулируется иными нормами.

Источниками вредного воздействия на атмосферный воздух могут быть как стационарные (предприятия, электростанции и др.), так и передвижные (автомобили, другие виды транспорта и т.п.) объекты. Под загрязнением атмосферного воздуха понимается поступление в атмосферный воздух или образование в нем вредных (загрязняющих) веществ в концентрациях, превышающих установленные государством гигиенические и экологические нормативы качества атмосферного воздуха. 2

Нормативы предельно допустимых выбросов вредных веществ, загрязняющих атмосферный воздух, устанавливаются с учетом мощностей объекта, данных о наличии мутагенного эффекта и иных вредных последствий по каждому источнику загрязнения, согласно действующим нормативам предельно допустимых концентраций вредных веществ в окружающей природной среде. 3

Исходя из нормативов ПДК и ПДУ, устанавливаются нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов в атмосферу, которые утверждаются специально уполномоченными на то государственными органами РФ в области охраны окружающей природной среды и санитарно-эпидемиологического надзора. Эти нормативы должны обеспечивать норматив качества атмосферного воздуха, т. е. допустимое кратковременное или долговременное содержание в нем загрязняющих веществ, не оказывающих неблагоприятного воздействия на здоровье человека, окружающую природную среду. 4

Среди всех видов антропогенного загрязнения именно химическое загрязнение атмосферы представляет наибольшую опасность для природных экосистем и человека. По расчетам специалистов, в настоящее время в окружающей среде содержится более 4 млн. химических соединений, причем их арсенал ежегодно пополняется еще 250 тыс. новых веществ. Многие из них небезопасны для человека, обладая разной степенью токсичности. В настоящее время объемы выбросов вредных веществ в атмосферу сравнимы с их поступлением в нее результате естественных процессов. Причем наиболее опасны те воздействия человека на атмосферу, которые приобрели значение глобальных или имеют тенденцию перерастания в них.

По объему выбросов химических веществ в атмосферу лидируют такие химические вещества как двуокись углерода, промышленная пыль, моноокись углерода, летучие углеводороды, окислы серы, окислы азота и другие вещества.

Многие загрязняющие вещества, особенно в виде аэрозолей, могут переноситься в атмосфере на чрезвычайно большие расстояния. Это загрязнение не имеет национальных границ, а носит глобальный характер. Загрязняющие вещества нередко обнаруживаются на расстояниях, отдаленных от источника загрязнения на сотни и даже тысячи километров. С целью решения данной проблемы на наднациональном уровне в 1979 г. под эгидой ООН разработана и принята Конвенция "О трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния". В декабре 1997 года в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИК) был разработан Киотский протокол, который обязывает развитые страны и страны с переходной экономикой сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов в 2008-2012 годах по сравнению с 1990 годом. 5 В 1999 г. в рамках Конвенции разработан новый проект Протокола о борьбе с подкислением, эвтрофикацией и приземным озоном.

Границей относительно безопасных уровней атмосферного загрязнения для детей является суммарное загрязнение до 4,2 ПДК; для взрослых – 4,5 ПДК. Таким образом, в сфере материального производства эффективными будут только те системы технологических и санитарно-технических мероприятий, которые обеспечат снижение уровня загрязнения до четырех ПДК. В жилой зоне уровень загрязнения не должен превышать ПДК.

Все направления защиты воздушного бассейна объединяются в четыре группы:

1) санитарно-технические мероприятия – сооружения сверхвысоких дымовых труб; установка газопылеочистного оборудования; герметизация технологического и транспортного оборудования;

2) технологические мероприятия – создание малоотходных и безотходных технологий. Реальная экономика – это высокие технологии;

3) планировочные мероприятия – создание санитарно-защитных зон; оптимальное расположение промышленных предприятий с учетом розы ветров; расположение промышленных предприятий за городской чертой; озеленение территории промышленных предприятий и городов;

4) контрольно-запретительные мероприятия – установление ПДК и ПДВ загрязнителей; запрещение производства отдельных токсичных веществ (ДДТ); автоматизированный контроль за выбросами.

Сочетание всех групп мероприятий обеспечивает наибольшую эффективность в борьбе с загрязнениями атмосферы. С 1991 по 1996 гг. в 5 раз увеличились государственные капитальные вложения на охрану атмосферы, из них примерно 80 % направляется в основные загрязнители атмосферы: топливно-энергетический комплекс, черная металлургия, химическая промышленность, строительная промышленность и лесной комплекс. 6 Однако существует дисбаланс капвложений в теплоэнергетику (около 12 % при 41 % загрязнений).

Эксплуатация атмосферо-охранных мероприятий требует значительных текущих затрат, которые приблизительно в 5 раз превышают годовые капитальные вложения.

Размеры затрат на охрану атмосферы зависят от степени очистки выбросов. Причем, стоимость очистки возрастает не прямо пропорционально, а опережает коэффициент улавливания вредных веществ.

Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха, включающие в себя ежедневно (кроме воскресений) отбор проб воздуха, измерение температуры воздуха, направления и скорости ветра, давления, определение содержания в пробе загрязняющих веществ в соответствии с программами наблюдений в Пермском крае в 2009 году осуществлялись на 21 посту наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха (ПНЗ), в том числе в городах Пермь (7 ПНЗ), Соликамск (5 ПНЗ), Губаха (2 ПНЗ), Березники (4 ПНЗ), Чайковский (1 ПНЗ), Лысьва (1 ПНЗ), Краснокамск (1 ПНЗ). 7

Выполнение работ в сфере наблюдений за состоянием атмосферного воздуха в гг. Пермь, Соликамск, Губаха, Лысьва, Чайковский осуществляется в 2009-2010 гг. за счет средств краевого бюджета в рамках Соглашения от 27.10.2006 №37 «О совместном решении задач в сферах наблюдения за состоянием окружающей среды, ее загрязнением, гидрометеорологии и смежных с ней областях в Пермском крае» между Правительством Пермского края и Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Уровень загрязнения атмосферы в целом по г. Перми высокий и обусловлен повышенным содержанием формальдегида, диоксида азота, взвешенных веществ, оксида углерода и бенз(а)пирена. Область высокого загрязнения располагается в юго-восточной части города (ПНЗ№14), на юго-западе города (ПНЗ№17) в зоне крупного промышленного комплекса – Осенцовского промузла, в центре города (ПНЗ№16) и на северо-востоке города (ПНЗ№13) в районе машиностроительного предприятия.

В 2008 году уровень загрязнения атмосферного воздуха высокий: СИ=7,7 (диоксид азота) – Мотовилихинский район, НП =12,4% (этилбензол) – Ленинский район, ИЗА =9,6. Общее количество превышений ПДК за год – 669 случаев.

Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух за период 2005 – 2009 гг. по Пермскому краю приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух по Пермскому краю, тыс. т/год 8

По видам деятельности в крае наибольший вред приносят предприятия промышленности – рис.1.

Сравнительный анализ вкладов предприятий по видам экономической деятельности в загрязнение воздушного бассейна показал, что наибольший выброс загрязняющих веществ (36,9 %) от суммарного выброса стационарных источников по Пермскому краю составляют выбросы предприятий транспорта и связи - предприятия ООО «Газпром трансгаз Чайковский». Второе место по величине выбросов (26,3 %) занимают предприятия по добыче топливно-энергетических полезных ископаемых - ООО «Лукойл-Пермь».

Наибольшее количество основных загрязняющих веществ (оксидов серы, азота и углерода, метана) приходится на предприятия транспорта и связи, предприятия по добыче топливно-энергетических полезных ископаемых, предприятия по производству и распределению электроэнергии, газа и воды; предприятия обрабатывающих производств.

Предприятия по добыче полезных ископаемых лидируют по выбросам оксида углерода – 32,906 тыс.тонн; предприятия транспорта и связи лидируют по выбросам метана – 95,797 тыс. тонн; предприятия по производству и распределению электроэнергии, газа и воды - по выбросам окислов азота – 19,100 тыс. тонн; предприятия обрабатывающих производств имеют наибольший выброс диоксида серы – 4,247 тыс. тонн.

Выбросы бензина, бензола и толуола обусловлены деятельностью нефтеперерабатывающих предприятий; аммиака – химическими и сельскохозяйственными производствами. Твердые загрязнения минерального характера поступают в атмосферу, прежде всего, от предприятий металлургии, многочисленных котельных, работающих на угле, горнодобывающих карьеров.

По сравнению с 2008 годом выбросы от стационарных источников по Пермскому краю уменьшились на 37,842 тыс. тонн, в основном за счет: уменьшения наработки газоперекачивающих агрегатов и стравливания газа при ремонте на линейной части газопровода предприятий - филиалов ООО «Газпром трансгаз Чайковский»; значительного сокращения объемов производства на ОАО «Чусовской металлургический завод»; выполнения мероприятий по сокращению выбросов загрязняющих веществ на предприятиях края.

Общие подходы к снижению и предотвращению загрязнения атмосферы можно классифицировать по двум основным направлениям: 1) мероприятия, проводимые с целью предотвращения негативных воздействий на окружающую среду; 2) мероприятия, направленные на ликвидацию последствий вредных воздействий.

Мероприятия, снижающие выброс загрязняющих веществ и уровень вредных воздействий:

• ? совершенствование технологических процессов и внедрение малоотходных и безотходных технологий;
• ? изменение состава и улучшение качества используемых ресурсов (удаление серы из топлива, переход с угля на нефть или газ, с бензинового топлива на водородное и др.);

Таблица 2

• ? установка очистных сооружений с последующей утилизацией улавливаемых отходов;
• ? комплексное использование сырья и снижение потребления ресурсов, производство которых связано с загрязнением среды;
• ? научно-исследовательские и научно-технические разработки, результаты которых делают возможным и стимулируют внедрение перечисленных выше мер - разработка стандартов на качество окружающей природной среды, оценка экологической емкости экосистем, создание системы эколого-экономических показателей хозяйственной деятельности и др.

Мероприятия, позволяющие снижать степень распространения загрязняющих веществ и других вредных воздействий:

• ? строительство высоких и сверхвысоких труб;
• ? нейтрализация выбросов, их захоронение и консервация;
• ? доочистка используемых ресурсов перед поступлением к потребителю (установка кондиционеров и воздуховодов для очистки воздуха в помещениях);
• ? устройство санитарных охранных зон вокруг промышленных предприятий и на водных объектах, озеленение городов и поселков;
• ? оптимальное расположение промышленных предприятий и автотранспортных магистралей (с учетом гидрометеорологических факторов) для минимизации их отрицательных воздействий;
• ? рациональная планировка городской застройки с учетом розы ветров, шумовых нагрузок и др.

Рассмотрим в качестве примеров некоторые принципиальные схемы очистки выбросов в атмосферу. Для очистки газовых выбросов обычно используют осаждение пыли в гравитационном, центробежном, электрическом или акустическом полях, методы абсорбции, хемосорбции и реагентные.

Очистка газовых выбросов от пыли чаще всего осуществляется в аппаратах-циклонах.

Для фильтрования газов от пыли используют различные фильтры, например тканевые с набивкой или с насыпным фильтрующим слоем. Основную группу составляют разнообразные тканевые фильтры - хлопковые, шерстяные, капроновые, лавсановые, стекловолоконные.

Электрофильтры - наиболее совершенные аппараты для очистки газов от пылей и туманов. Процесс очистки основан на так называемой ударной ионизации газа в зоне разряда. Загрязненные газы, поступающие в электрофильтр, частично ионизированы за счет внешних воздействий. При достаточно большом напряжении, подаваемом на электроды, в электрическом поле движение ионов и электронов настолько ускоряется, что, сталкиваясь с молекулами газов, они ионизируют их, расщепляя на положительные ионы и электроны. Образовавшийся поток ионов ускоряется электрическим полем, и реакция повторяется (наступает лавинообразный процесс). Этот процесс называется ударной ионизацией. Электрофильтры обычно делают с отрицательными электродами, при этом положительно заряженные частицы под действием электростатических, аэродинамических сил и силы тяжести осаждаются. Периодическая очистка фильтра достигается встряхиванием электродов.

Очистка промышленных выбросов от токсичных газообразных примесей осуществляется с использованием: 1) абсорбции - промывки выбросов жидкими растворителями; 2) хемосорбции - промывки растворами реагентов, химически связывающими примеси; 3) адсорбции - поглощения примесей твердыми активными веществами; 4) химических превращений примесей в присутствии катализаторов (каталитические методы).

При абсорбции поглощающую жидкость (абсорбент) выбирают в зависимости от растворимости в ней удаляемого газа, его температуры и парциального давления. Например, для удаления из технологических выбросов аммиака NH3, хлороводорода HCl, фтороводорода HF целесообразно в качестве абсорбента применять воду, так как растворимость этих газов в воде велика. В других случаях можно применять раствор серной кислоты (для улавливания водяных паров) или вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов) и др. Регенерация растворителя, т.е. десорбция из него газов проводится путем повышения температуры или понижения давления в термических или вакуумных десорберах.

Хемосорбция основана на поглощении газов реагентами с образованием малолетучих или малорастворимых соединений. Примером может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода с применением мышьяково-щелочного реагента:

H2S + Na4As2S5O2 = Na4As2S6O + H2O.

Регенерация раствора проводится окислением его кислородом, содержащимся в очищенном воздухе:

2Na4As2S6O + О2 = 2Na4As2S5O2 + 2S.

В этом случае побочным продуктом является сера. Могут применяться и другие реагенты и иониты. Иониты - это твердые вещества, способные обмениваться ионами с фильтруемыми через них жидкими или газообразными смесями. Это или природные материалы (цеолиты или глины), или синтетические полимеры (смолы).

Адсорбция процесс избирательного поглощения компонентов газовой смеси твердыми веществами. При физической адсорбции молекулы адсорбента не вступают в химическое взаимодействие с молекулами газовой смеси. Требования к адсорбентам: большая адсорбционная способность, селективность (избирательность), химическая инертность, механическая прочность, способность к регенерации, низкая стоимость. Наиболее распространенные адсорбенты - активные угли, силикагели, алюмосиликаты. С увеличением температуры адсорбционная способность снижается. На этом свойстве основан процесс регенерации, которую осуществляют либо нагревом насыщенного адсорбента до температуры выше рабочей, либо продувкой его горячим паром или воздухом.

Каталитические методы очистки газов основаны на использовании катализаторов, ускоряющих химические реакции. В последние годы каталитические методы применяются для нейтрализации выхлопных газов автомобилей, т.е. превращения токсичных оксидов азота NO и углерода СО в нетоксичные: газообразный азот N2 и диоксид углерода СО2. При этом используют различные катализаторы: медно-никелевый сплав, платину на глиноземе, медь, никель, хром и др:

• 2 NO + 2СО > кат N2 + 2СО2;
• 2 NO + 2Н2 > кат N2 + 2Н2О;
• 2СО + О2 > кат 2СО2.

Нормирование качества воздуха и регламентация условий выбросов загрязняющих веществ

Нормирование качества воздуха - это деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий человека на атмосферу. Гигиенические нормативы - наиболее разработанная система норм, правил и регламентов для оценки качества воздуха.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) - это такие концентрации вредных веществ, которые практически не оказывают влияния на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства.

ПДКвозд. - предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе. ПДК макс. раз. характеризует разовое, единовременное воздействие на организм человека, к которому он более устойчив в допустимых пределах, чем к хроническому, так как после снятия воздействия организму дается время для самовосстановления. ПДК раб. зоны рассчитывается на относительно здоровую (работоспособную) часть населения, воздействие на которую происходит в рабочее время. Содержание загрязняющих веществ, ниже которого болезненные реакции не наблюдаются, называется пороговым уровнем.

При больших количествах загрязнителя проявляются последствия для здоровья. Они зависят как от концентрации вредного вещества, так и от длительности его воздействия (экспозиции).

Уровень загрязнения воздуха определяется тремя факторами:

• 1) поступление загрязнителей в воздух (величина выброса);
• 2) объем пространства, в котором они рассеиваются (высота выброса, направление и скорость ветра, разность t0, влажность воздуха);
• 3) удаление загрязнителей из воздуха (расстояние до источника выброса).

Когда загрязнители смешиваются с достаточно большими объемами воздуха, их концентрация понижается вплоть до порогового уровня. В дальнейшем почвенные микроорганизмы или другие природные процессы могут поглотить и ассимилировать загрязняющие вещества, полностью устранив их из среды. К сожалению, современная цивилизация производит такие количества и такие типы загрязняющих веществ, что мнение «природа сама справится с загрязнением» не выдерживает критики.

Сорок четыре города России имеют высокий уровнь загрязнения воздуха (индекс загрязнения более 14). К ним относятся такие крупные города и промышленные центры, как Москва, Екатеринбург, Красноярск, Магнитогорск, Новосибирск, Челябинск, Кемерово.

Выпадения свинца и кадмия от зарубежных источников составляют около 30% суммарного загрязнения этими металлами европейской территории России, однако в западных регионах России эта доля значительно больше. Таким образом, трансграничный перенос существенно загрязняет территорию РФ.

Общая гигиена: конспект лекций Юрий Юрьевич Елисеев

Мероприятия по санитарной охране атмосферного воздуха

Мероприятия по охране атмосферного воздуха делятся на:

1) технологические;

2) планировочные;

3) санитарно-технические;

4) законодательные.

Технологические и санитарно-технические. В эту группу входят мероприятия, которые могут быть проведены на самом предприятии в целях уменьшения выбросов и снижения концентрации пыли и газов в воздухе (так называемые безотходные технологии). Сюда относится прежде всего рационализация сжигания угля. Известно, что густой черный дым получается при неполном сгорании топлива. Именно в этих случаях в атмосферный воздух в большом количестве выбрасываются элементы угля, сажа, несгоревшие углеводороды.

Снизить количество угля можно при рационализации устройства топок, улучшения их эксплуатации. Уменьшения загрязнения воздуха пылью и сернистым газом можно достичь обогащением угля перед сжиганием: удалением породы, дающей много пыли, а также колчедана, содержащего серу.

Санитарно-технические мероприятия связаны с использованием очистных устройств. Это пылеотстойные камеры, фильтры, увлажняющие технологии очистки, электрофильтрация. Устройство высоких труб (100 м и выше) способствует более интенсивному рассеиванию газов. Правильный расчет и обоснование высоты трубы имеют существенное значение в защите приземных слоев атмосферы от загрязнения.

Транспорт – конечная цель – создание экологически чистого автомобиля. В настоящее время большое внимание уделяется разработке устройств снижения токсичности – нейтрализаторов, которыми оснащаются современные автомобили. Способ каталитического преобразования продуктов сгорания заключается в том, что отработанные газы очищаются, вступая в контакт с катализатором. Одновременно происходит дожигание продуктов неполного сгорания, содержащихся в выхлопе автомобилей. Во многих городах уже используется неэтилированный бензин. Использование газа в качестве топлива для машин также является эффективным мероприятием в отношении защиты атмосферного воздуха.

Электромобиль, солнечная энергия, водородный автомобиль – это будущее автомобилестроения.

Планировочные мероприятия основаны на принципе функционального зонирования населенных пунктов: промзоны, селитебной зоны и т. д. Это позволяет сосредоточить опасные предприятия с учетом аэроклиматических условий и обосновать устройство обязательных разрывов между предприятиями и жилой застройкой – санитарно-защитных зон определенной ширины. В отдельных случаях санитарно-защитные зоны составляют 10-20 км. Санитарно-защитная зона или какая-либо ее часть не могут рассматриваться как резервная территория предприятия и использоваться для расширения промышленной площади. Территория санитарно-защитной зоны должна быть озеленена. Размеры санитарно-защитных зон определяются в соответствии с санитарной классификацией различных видов производств и объектов, загрязняющих своими выбросами атмосферный воздух. Санитарными нормами проектирования установлено 5 классов санитарно-защитных зон:

I класс – 1000 м;

II класс – 500 м;

III класс – 300 м;

IV класс – 100 м;

V класс – 50 м.

В отношении охраны атмосферы городов от выбросов автотранспорта планировочные мероприятия проводятся путем сооружения кольцевых дорог, эстакад, зеленых волн, исключения перекрестков. Принцип районной планировки является также профилактическим мероприятием – это рациональное размещение на территории городов систем утилизации отходов, аэропортов и других систем коммуникации в масштабе края, области и т. д. Это озеленение города, создание генерального плана развития города.

Особое значение имеют законодательные мероприятия, определяющие ответственность различных организаций за охрану атмосферного воздуха.

В настоящее время при решении вопросов охраны атмосферного воздуха руководствуются Конституцией Российской Федерации (принятой 12 декабря 1993 г.), «Основами законодательства Российской Федерации об охране здоровья граждан», Федеральными законами «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» и «Об охране атмосферного воздуха».

К числу законодательных мер относится установление ПДК и ОБУВ загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. В настоящее время в России установлено 656 ПДК и 1519 ОБУВ для веществ, загрязняющих атмосферный воздух.

Мероприятия, направленные на предотвращение неблагоприятного воздействия загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения и устанавливающие обязательные гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест и соблюдению гигиенических нормативов при размещении, проектировании, строительстве, реконструкции (техническом перевооружении) и эксплуатации объектов, а также при разработке всех стадий градостроительной документации, проводятся целенаправленно на основании СанПиН 2.1.6.1032-01 «Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест».