Естественные способы самоочищения воздуха

Экология СПРАВОЧНИК

Информация

самоочищение атмосферы

Самоочищение атмосферы. Воздушный океан обладает способностью к самоочищению от загрязняющих веществ.[ . ]

Воздушный океан обладает способностью к самочищению от загрязняющих веществ. Аэрозоли вымываются из атмосферы осадками, ионы оседают под влиянием электрического поля атмосферы, а также вследствие гравитации. Частица размером 10 мкм проходит путь от устья трубы высотой 45 м до поверхности земли за 1,4 ч. За это время при скорости ветра 2 м/с выброс из трубы будет отнесен на 10 км, частицы меньшего диаметра осядут на еще большем расстоянии. Оседанию способствует сорбция их на поверхности более крупных частиц. В отсутствие атмосферных осадков происходит выпадение аэрозолей в результате соприкосновения нижнего слоя воздуха с земной поверхностью и предметами, расположенными на ней. Так, воздушные потоки, переносящие загрязнения, очищаются, встречая на своем пути лес. На деревьях осаждаются не только твердые частицы, но и летучие вещества.[ . ]

Основное самоочищение атмосферы происходит за счет выпадения кислотных дождей и снега, наносящих серьезный ущерб флоре, фауне (химические ожоги), вызывающих коррозию и разрушение элементов зданий и сооружений.[ . ]

Процессы самоочищения атмосферы связаны не только с выпадением осадков и образованием нисходящих потоков, но и с другими метеорологическими явлениями.[ . ]

Возможность самоочищения атмосферы от вредных примесей ограниченна и протекает не с одинаковой и достаточной скоростью. В результате накопления загрязнений в воздухе в отдельных районах земного шара содержание их легко может превысить предельно допустимую концентрацию (ПДК), когда они становятся опасными для жизни.[ . ]

Исследования процесса самоочищения атмосферы от твердых частиц показывают, что частицы размером более 10 мкм относительно быстро опускаютоя на землю. Частицы 4-10 мкм поднимаются с дымом на высоту более I км и перемещаются вдоль поверхности земли на тысячи километров. Частицы размером менее 4 мкм плохо осаждаются с каплями дождя, медленно опускаются, достигая поверхности земля о высоты I км в течение года /7/.[ . ]

К естественным загрязнениям атмосферы относится и природная пыль неорганического, органического и космического происхождения. Природные источники загрязнения, как правило, рассредоточены в пространстве и удалены1 от густонаселенных мест и практически не поддаются регулированию. Вредное воздействие загрязняющих воздух веществ от естественных сточников на окружающую среду ограничено еще и тем, что указанные примеси перемешиваются в воздухе и рассеиваются; кроме того, за ■счет различных природных процессов происходит и непрерывное самоочищение атмосферы от примесей.[ . ]

Химические примеси, попавшие в атмосферу, переносятся на значительные расстояния от источника загрязнения, причем, наряду с их переносом, происходит самоочищение атмосферы, т.е. частичное восстановление ее естественного состава как следствие удаления примесей под воздействием природных процессов, и в первую очередь выпадения и вымывания примесей. Их выпадение происходит под воздействием гравитационных сил, а вымывание — при образовании облаков, туманов и выпадении атмосферных осадков.[ . ]

Уменьшение концентрации загрязнений атмосферы происходит-не только вследствие разбавления их воздухом, но и за счет постепенного самоочищения атмосферы, в основе которого лежат различные физические и химические процессы. Наиболее простым из них является процесс выпадения (седиментации) из воздуха взвешенных частиц вещества. Это относится в первую очередь к частицам пыли. Кислые газы, находясь в воздухе, подвергаются нейтрализации.[ . ]

Проблемы столичных регионов. Над крупными городами атмосфера содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов. Более активная конденсация влаги приводит к увеличению осадков на 5 — 10 %. Самоочищению атмосферы препятствует снижение на 10 —20 % солнечной радиации и скорости ветра. При этом 60 — 70% газового загрязнения дает автомобильный транспорт. Поэтому серьезный вклад в снижение загазованности атмосферы городов могут внести мероприятия по совершенствованию управления автомобильными потоками и рационализации перевозок внутри города. Создание в городах единой автоматизированной системы управления перевозками может резко снизить пробег автомобилей в черте города и, соответственно, уменьшить загрязнение их воздушного бассейна.[ . ]

Такое большое количество выбросов уже не может быть нейтрализовано процессом самоочищения атмосферы. Несмотря на то что масса атмосферы составляет — 6 10 -®т, вносимые загрязнения начинают составлять ощутимые количества, особенно в районах промышленных центров и крупных городах.[ . ]

В ряде городов атмосферные выбросы столь значительны, что при неблагоприятной для самоочищения атмосферы погоде (безветрие, температурная инверсия, при которой дым стелется к земле, антициклональная погода с туманом) концентрация загрязнений в приземном воздухе достигает критической величины, при которой наблюдается остро выраженная реакция организма на вредные атмосферные выбросы. При этом различают две ситуации (густой туман, смешанный с дымом) лондонского типа и фотохимический туман (лос-анджелесский).[ . ]

Пыль и сажа, помимо раздражающего действия на слизистые оболочки и кожные покровы, снижают прозрачность атмосферы, в том числе и ультрафиолетовой радиации, обладающей бактерицидными свойствами, а также препятствует самоочищению атмосферы.[ . ]

Такие природные процессы, как лесные пожары, разложение растительности, пыльные бури и извержение вулканов, всегда загрязняли атмосферу. Хотя многие газы и взвешенные частицы, определяемые как загрязнители, образуются в существенно больших масштабах от природных глобально распределенных источников, чем антропогенных, география природных источников и рассеяние загрязнителей в атмосфере приводят в «тоге к низким средним концентрациям. Самоочищение атмосферы от всех известных загрязнителей происходит за определенный конечный промежуток времени в процессах осаждения, окисления и поглощения их океанами и почвой [2, 3]1 С другой стороны, загрязнители, образующиеся в результате деятельности человека, обычно сконцентрированы в небольших географических регионах, следовательно, значительное загрязнение атмосферы — поистине результат деятельности человека. Только в одних Соединенных Штатах ежегодно выбрасывается в атмосферу около 200 миллионов тонн газообразных, твердых и жидких отходов. Скорость же, с которой загрязнители выбрасываются в атмосферу в районах с высокой плотностью населения, существенно превышает скорость очищения атмосферы.[ . ]

Работа промышленности и автотранспорта связана с постоянным загрязнением окружающей среды. Благодаря высокой поглотительной активности растений происходит частичное самоочищение атмосферы и почвы от загрязнителей. Вместе с тем реакция растений на загрязнение может служить показателем состояния окружающей среды.[ . ]

При районировании территории по ПЗА учитываются характеристики воздушного переноса (направление, абсолютные значения, интенсивность); факторы, способствующие загрязнению атмосферы (штили, туманы, изотермические инверсии, опасные скорости ветра); факторы, способствующие самоочищению атмосферы (осадки, грады, суммарная радиация, доза ультрафиолетовой радиации, безморозный период и т.д.).[ . ]

Такой способ дает возможность снизить концентрацию S02 в приземном слое на территории предприятий. Кроме того, вследствие окисления диоксида серы в S03 с последующим растворением в воде, взаимодействия с находящимся в атмосфере аммиаком, происходит самоочищение атмосферы от диоксида серы. Поэтому продолжительность существования S02 здесь исчисляется 5—120 ч.[ . ]

Соединяясь с парами воды, находящимися в воздухе, ЭОд образует серную кислоту Н2Э04. Наибольшая кислотность наблюдается непосредственно после начала выпадения дождя или снега. В этот момент кислотность может быть значительно выше средней, но в процессе выпадения происходит самоочищение атмосферы и pH приближается к нормальному значению.[ . ]

На долю примесей природного происхождения приходится около 50% соединений серы, 93% оксида углерода, 98% оксидов азота и 87% так называемых реактивных углеводородов. Но эти примеси, как правило, рассредоточены в пространстве, перемешиваются в воздухе и рассеиваются, удалены от густонаселенных мест. Кроме того, в результате различных природных процессов происходит непрерывное самоочищение атмосферы от примесей.[ . ]

Периодические туманы и смог в районе Лос-Анжелоса вызывают у большого числа жителей раздражение глаз, носа и горла и причиняют значительный экономический ущерб, повреждая определенные виды сельскохозяйственных культур. Кроме того, они ухудшают видимость, обладают неприятным запахом и вызывают быструю порчу резины. Необыкновенно большой рост населения и развитие промышленности в этом районе после второй мировой войны и снижение интенсивности процессов естественного самоочищения атмосферы, обусловленное метеорологическими и топографическими факторами, явились причиной возникновения здесь необычайно сложной проблемы воздушных загрязнений. В настоящее время этот район насчитывает около 5 млн. населения и представляет собой крупнейший в мире субтропический район с сильно развитой промышленностью. Хотя смог наблюдался в Лос-Анжелосе задолго до второй мировой войны, проблема загрязнения атмосферного воздуха обострилась в связи с быстрым развитием промышленности и коммунального хозяйства во время и после этой войны. Периоды явно выраженного смога продолжаются около 60 дней в году, а температурные инверсии наблюдаются в среднем примерно в течение 262 дней.[ . ]

Источник

САМООЧИЩЕНИЕ ВОЗДУХА

В природе происходит самоочищение воздушной среды за счет следующих факторов:

1) разбавление (прямо пропорционально квадра­ту расстояния);

2) седиментация (крупные частицы оседают ближе, мелкие — дальше от источника выбросов);

3) извлечение атмосферными осадками;

4) извлечение зелеными насаждениями;

5) химические процессы нейтрализации.

Седиментации подвергаются главным образом твердые загрязнения.

Для разбавления и седиментации большое значе­ние имеют скорость и направление ветра, а также ве­личина взвешенных частиц. Так, при скорости ветра 2 м/с и при выбросах из трубы высотой 45 м частицы величиной 10 микрон оседают в радиусе 10 км, а ве­личиной 2 микрона — в радиусе 300 км.

Атмосферные осадки играют большую роль в из­влечении загрязнений из воздуха. Они вымывают из воздуха не только твердые частицы, но и значитель­ную часть газообразных. Известно, что после сильно­го дождя первоначальные концентрации загрязнений в воздухе восстанавливаются лишь через 12 часов.

Большую роль в самоочищении воздушной среды играют зеленые насаждения. Они не только механи­чески задерживают пыль, но и поглощают некоторые газообразные примеси.

Однако процессы самоочищения протекают сравнительно медленно и при современном интенсив­ном загрязнении не могут обеспечить достаточную эффективность. Поэтому требуются дополнительные меры по охране чистоты атмосферного воздуха. Эти меры можно разделить на следующие группы:

Планировочные мероприятия включают в себя борьбу с почвенной пылью (благоустройство дорог, озеленение, обводнение), правильную планировку городов (с учетом «розы ветров»), соблюдение сани-тарно-защитных зон. В зависимости от количества и степени вредности выбросов в атмосферу все пред­приятия разделяют на 5 классов. В соответствии с этим существует 5 санитарно-защитных зон:

К планировочным мероприятиям следует отнести также ликвидацию домовых котельных, а также ук­рупнение отопительных систем и вывод энергетичес­ких установок, обслуживающих их, за пределы жилой зоны, увеличение количества зеленых насаждений.

В качестве технологических мероприятий следует назвать:

1) усовершенствование сгорания топлива;

2) обогащение углей;

3) замена одного вида топлива другим (газифика­ция, электрификация);

4) увеличение эффективности разбавления (высо­кие трубы).

Из технологических мероприятий наиболее эф­фективными и перспективными следует считать заме­ну одного вида топлива на другой, а также изменение энергетических установок. В частности, наиболее эф­фективными, с экологической точки зрения, являют­ся электрические двигатели. Однако на пути эффек­тивного и массового их использования стоят некото­рые технические трудности, пока не позволяющие широко использовать такие двигатели (например, в автомобилестроении).

Усовершенствования сгорания топлива можно добиться более интенсивной аэрацией энергетичес­ких установок, а также большей степенью дисперс­ности топлива. При этом достигается более хороший контакт топлива с кислородом воздуха.

К санитарно-техническим устройствам относят уст­ройство различных пыле-, золо-, газоулавливателей. К таким очистным устройствам, устанавливаемым обычно в трубах на пути выбросов в атмосферу, от­носят следующие:

— циклоны (улавливают до 50 % пыли);

— мультициклоны (улавливают до 65-70 % пыли);

— мокрые скрубберы (улавливают до 90 % пыли и до 30 % газов);

— электрические фильтры (улавливают до 96-98 % пыли).

Комбинированными методами удается задержать на пути выбросов до 99 % пылевых загрязнений.

Для уменьшения загрязнения воздуха выбросами автомобильного транспорта рекомендуется строи­тельство подземных (или надземных) пешеходных переходов, разноуровневых транспортных развязок и т. д. Благодаря благоустройству дорог повысится скорость движения автомобилей и уменьшится необ­ходимость их остановки. А это, в свою очередь, при­ведет к уменьшению количества выхлопных газов, так как наибольшее количество газов выбрасывается автомобилями в момент наибольшей нагрузки двига­теля (т. е. в тот период, когда автомобиль трогается с места). Кроме того, в настоящее время созданы и ин­тенсивно внедряются в практику каталитические ней­трализаторы токсических компонентов в автомобиль­ных выбросах. В частности, такие нейтрализаторы производят досжигание окиси углерода в выхлопных газах до менее токсичной двуокиси углерода. Естест­венно, что проводится интенсивная работа по пере­воду двигателей внутреннего сгорания на более чис­тые энергетические установки (с экологической точ­ки зрения). Наибольший экологический эффект бу­дет получен при переводе автомобилей на электри­ческие двигатели —создание электромобилей. В этом отношении имеются определенные успехи: опытные образцы электромобилей уже созданы и проходят ис­пытания. Однако до массового их производства в про­мышленном масштабе еще далеко.

Как видно из вышеизложенного, эффективность мероприятий по охране атмосферного воздуха от за­грязнений довольно велика. Проблема заключается в том, что осуществление этих мероприятий требует значительных капиталовложений. В частности, уст­ройство и обслуживание наиболее эффективных из очистных сооружений — электрических фильтров — стоит очень дорого. Несмотря на это, многие меро­приятия осуществляются, они жизненно важны и за­креплены государственными законодательными акта­ми. В соответствии с этими законодательными акта­ми производится строительство заводов, выпускаю-щих’очистные сооружения, разрешается или запре­щается строительство и эксплуатация производств, оказывающих влияние на состояние атмосферы, ус­танавливаются нормативные ограничения в планиро­вочном аспекте и т.д.

В частности, в нашей стране существует Закон об охране атмосферного воздуха, согласно которому регламентируются правила планировки и строитель­ства населенных мест и промышленных предприятий, установка очистных сооружений, контроль за выпол­нением охранных мероприятий, финансирование этих вопросов и законодательная ответственность за на­рушение правил и мер по охране чистоты атмосфер­ного воздуха.

Солнечная радиация и причины ее изменений. Биологическое действие солнечной радиации на окружающую среду и здоровье человека. Применение ультрафиолетового излучения в профилактических целях.

Солнце — самая близкая к нам звезда — цент­ральное тело нашей системы. Астрономы считают со­лнце красной карликовой звездой пятой величины. Тем не менее, условия жизни на Земле определяются исключительно энергией, получаемой от Солнца.

Диаметр Солнца составляет 1390000 км, т.е. в 109 раз больше Земли. Площадь поверхности Солнца в 12000 раз больше площади Земли. Среднее расстоя­ние Земли от Солнца немного меньше 150 млн. км. Давление в центре Солнца достигает 10 млрд. атмо­сфер, а температура — 26 млн. градусов С.

Солнце излучает в мировое пространство огром­ное количество энергии (4×10 26 вт) в виде волнового и корпускулярного излучения. Примерно 400-миллион­ная доля этой энергии поступает на внешнюю грани­цу атмосферы Земли, создавая облученность на пер­пендикулярной поверхности около 2 кал/см 2 в мину­ту или 1396 вт/м 2 .

Все оптическое излучение Солнца состоит из ульт­рафиолетовой (УФ), видимой и инфракрасной (ИК) области спектра.

Как передается и преобразуется солнечная энер­гия, попавшая в верхнюю часть атмосферы?

В среднем около 30% этого излучения рассеива­ется частицами атмосферы или непосредственно от­ражается облаками и поверхностью Земли.

Около 50% солнечного излучения достигает суши или океана и поглощается в форме тепла.

Остальные 20% солнечного излучения могут по­глощаться, проходя через атмосферу.

Видимое излучение, на которое приходится основ­ная часть потока солнечной энергии, в безоблачную погоду может достигать поверхности Земли без по­терь.

От 1 до 3 % падающего ультрафиолетового излу­чения поглощается в верхних слоях атмосферы.

Интенсивность солнечного .излучения зависит от:

1. Высоты стояния Солнца над горизонтом.Высота стояния Солнца над горизонтом зависит от географического расположения населенного пункта, времени года и суток. Так, при высоте 30° путь лучей в 2 раза длиннее, чем при 90°, а при закате —в 30 раз. Кроме того, солнечный поток падает на большую пло­щадь.

2. Прозрачности атмосферы. Лучи с разной длиной волны по-разному проходят через атмосфе­ру при наличии облаков. Ультрафиолетовые лучи рас­сеиваются, а инфракрасные — поглощаются. Озоно­вый слой в атмосфере резко сокращает количество коротких ультрафиолетовых лучей.

В городах интенсивность солнечной энергии в среднем ниже на 10-30% (в зимние месяцы на 60%), чем в прилегающих сельских районах, особенно ко­ротковолновой части солнечного спектра (на 40-50%). Солнечный поток достигает Земли в виде пря­мой и рассеянной радиации. Чем ниже высота стоя­ния Солнца, тем относительно больше доля рассеян­ной радиации.

Пример. Для бухты Тихой, где максимальное сто­яние Солнца 33°, рассеянная радиация составляет 70%, а прямая — 30%, в то время как для Ташкента с максимальным стоянием Солнца в 70° характерно обратное соотношение (рассеянная — 30%, прямая -70%).

Определенное значение имеет и отраженная ра­диация. Альбедо (от лат. «белизна») показывает, ка­кую часть падающей энергии отражает данная поверх­ность. Альбедо свежего снега —81 %, воды — 20 %, а черной влажной земли — 3%.

Давно уже признано важное гигиеническое значе­ние солнечного света, ограничение или лишение кото­рого приводит к нарушению физиологического равно­весия в организме. Так, еще Гиппократ (400 г. до н. э.) рекомендовал принимать с лечебной целью солнечные ванны.

Первая научная работа по изучению влияния со­лнечной радиации опубликована в 1799 г. Бертраном в Париже.

Источник