Реферат: Мониторинг атмосферы

Нормативы ПДК для атмосферного воздуха являются едиными для всей территории Украины. Установленные в других странах ПДК могут отличаться  в большую или меньшую сторону. Например, в США установлена ПДК для SO2 — 0,75 мг/м3, а в Украине — 0,5 мг/м3. Для зон санитарной охраны, курортов, мест размещения крупных санаториев и домов отдыха, а также зон отдыха городов ПДК установлена на 20% меньше, чем для жилых районов.

Некоторые вещества при одновременном присутствии в атмосфере воздухе обладают однонаправленным действием, т.е. эффектом суммации этом случае при оценке качества атмосферного воздуха должно выполняться следующее условие:

где  Ср С2, ..., Сп — концентрация каждого из веществ, обладающих эффектом суммации, мг/м3;

ПДК,, ПДК,, ..., ПДК„ — предельно допустимые концентрации этих веществ Перечень веществ, обладающих эффектом суммации, постоянно дополняется и на сегодняшний день насчитывает 51 группу веществ однонаправленого действия.

Для каждого проектируемого и действующего объекта, являющегося ста­ционарным источником загрязнения воздушного бассейна, устанавливают нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферный воздух. ПДВ устанавливают из условия, что выбросы вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками не создают приземную концентрацию, превышающую ПДК за пределами санитарно-защитной зоны:

где С — концентрация вещества в приземном слое от расчетного источника при сохранении норматива ПДВ, Сф - фоновая концентрация этого же вещества.

Если на данном предприятии или группе предприятий, расположенных в одном районе, значения ПДВ по объективным причинам не могут быть не­медленно достигнуты, устанавливают временно согласованный выброс (ВСВ). Норматив ВСВ устанавливают на период разработки и реализации воздухо-охранных мероприятий, обеспечивающих достижение нормативов ПДВ. Срок действия норматива ПДВ, как правило, не превышает 5 лет. При появлении новых производств, реконструкции действующих, изменении технологичес­кого процесса или вида используемого сырья и в других аналогичных случаях нормативы ПДВ подлежат пересмотру.

Для каждого города на основании нормативов ПДВ предприятий и фоно­вого состава атмосферного воздуха разрабатывают общегородские нормати­вы ПДВ, в соответствии с которыми индивидуальные ПДВ предприятий мо­гут быть пересмотрены в сторону уменьшения.

3.Характеристика загрязняющих атмосферу веществ.

Наиболее распространенными загрязняющими веществами, поступающими в атмосферный воздух от техногенных источников, являются: оксид углерода СО; диоксид серы SO2; оксиды азота NOx; углеводорода CmHn; пыль.

Оксид углерода (СО) — самая распространенная и наиболее значительная примесь атмосферы, называемая в быту угарным газом. Содержание СО в естественных условиях от 0,01 до 0,2 мг/м3. Основная масса выбросов СО образуется в процессе сжигания органического топлива, прежде всего в двигателях внутреннего сгорания. Содержание СО в воздухе крупных городе колеблется в пределах 1— 250 мг/м3, при среднем значении 20 мг/м3. Наиболее высокая концентрация СО наблюдается на улицах и площадях городов с интенсивным движением, особенно у перекрестков. Высокая концентрация СО в воздухе приводит к физиологическим изменениям в организма человека, а концентрация более 750 мг/м3 — к смерти. СО — исключительно агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином крови, образует карбоксигемоглобин. Состояние организма при дыхании воздухом, содержащим угарный газ, характеризуется данными в табл.

Степень воздействия СО на организм человека зависит также от длитель­ности воздействия (экспозиции) и вида деятельности человека. Например, при содержании СО в воздухе 10—50 мг/м3, которое наблюдается на перекрест­ках улиц больших городов, при экспозиции ~ 60 мин отмечаются нарушения, приведенные в п.1, а при экспозиции от 12 часов до 6 недель — в п.2. При тяжелой физической работе отравление наступает в 2—3 раза быстрее. Обра­зование карбоксигемоглобина — процесс обратимый, через 3—4 ч содержа­ние его в крови уменьшается в 2 раза. Время пребывания СО в атмосфере составляет 2—4 месяца.

Диоксид серы (SO2) — бесцветный газ с острым запахом. На его долю приходится до 95% от общего объема сернистых соединений, поступающих в атмосферу от антропогенных источников. До 70% выбросов SO2 образуется при сжигании угля, мазута — порядка 15%.

При концентрации диоксида серы 20—30 мг/м3 раздражается слизистая оболочка рта и глаз, во рту возникает неприятный привкус. Весьма чувстви­тельны к SO2 хвойные леса. При концентрации SO2 в воздухе 0,23—0,32 мг/м3 в результате нарушения фотосинтеза происходит усыхание хвои в течение 2— 3 лет. Аналогичные изменения у лиственных деревьев происходят при кон­центрациях SO2 0,5—1 мг/м3.

Основной техногенный источник выбросов углеводородов (CmHn — пары бензина, метан, пентан, гексан) — автотранспорт. Его удельный вес состав­ляет более 50% от общего объема выбросов. При неполном сгорании топлива происходит также выброс циклических углеводородов, обладающих канцеро­генными свойствами. Особенно много канцерогенных веществ содержится в саже, выбрасываемой дизельными двигателями. Из углеводородов в атмос­ферном воздухе наиболее часто встречается метан, что является следствием его низкой реакционной способности. Углеводороды обладают наркотичес­ким действием, вызывают головную боль, головокружение. При вдыхании в течение 8 часов паров бензина с концентрацией более 600 мг/м3 возникают головные боли, кашель, неприятные ощущения в горле.

Оксиды азота (NOX) образуются в процессе горения при высоких температурах путем окисления части азота, находящегося в атмосфере. Под общей формулой NOX обычно подразумевают сумму NOи NO2.

Основные источники выбросов NOx: двигатели внутреннего сгорания, топки промышленных котлов, печи.

NO2 — газ желтого цвета, придающий воздуху в городах коричневатый оттенок. Отравляющее действие NOx начинается с легкого кашля. При повышении концентрации кашель усиливается, начинается головная боль, возникает рвота. При контакте NOx с водяным паром, поверхностью слизнете оболочки образуются кислоты HNO3 и HNO2, что может привести к отеку легких. Продолжительность нахождения NO2 в атмосфере — около 3 суток

Размер пылинок колеблется от сотых долей до нескольких десятков мкм Средний размер частиц пыли в атмосферном воздухе — 7—8 мкм. Пыль оказывает вредное воздействие на человека, растительный и животный мир, поглощает солнечную радиацию и тем самым влияет на термический режим атмосферы и земной поверхности. Частицы пыли служат ядрами конденсации при образовании облаков и туманов. Основные источники образования пыли: производство строительных материалов, черная и цветная металлургия (оксиды железа, частицы А1, Си, Zn), автотранспорт, пылящие и тлеющие места складирования бытовых и производственных отходов. Основная масса пыли вымывается из атмосферы осадками.

Выбросы, содержащие примеси в виде частиц пыли, дыма, тумана или пара, называются аэрозолями. Общее число разновидностей загрязняющих атмосферу аэрозолей составляет несколько сотен. [1]

4.Биомониторинг загрязняющих веществ.

4.1. Биомониторинг двуокиси серы.

Двуокись серы (SO2) — широко известное загрязняющее воздух вещество, фитотоксичность которого в течение многих лет яв­ляется объектом изучения. S02  выбрасывается в воздух тепло­выми электростанциями (особенно работающими на угле) и рядом промышленных производств. Ее концентрация в воздухе достаточно высокая вблизи источника выброса, однако в удалением от источника в результате рассеивания, она постепенно снижается.

Накоплена достаточная информация о повреждении листьев в результате воздействия S02,  которая попадает в них через устьица, окисляется до высокотоксичного соединения— сульфита (S03), а затем медленно превращается а сульфат (S04)—значительно менее токсичное соединение. При низкой концентрации S02 в воздухе происходит практически полное окисление S03 до S04, в результате возникает повреждение растения. Концентрация S04 в растениях можетдостигать фитотоксичеких уровней при продолжительной экспозиции. По содержанию серы в листьях можно определить уровень накопления серы в тканях растения.

В результате острого воздействия S02 на широколиственные растения их листья обесцвечиваются между жилками (бурый или белый цвет) или по краям, на некоторых листьях наблюдается эффект «елочки». Такое обесцвечивание бывает бифациальным и начинается с возникновения водянистых темных участков на молодых растущих листьях

Признаком хронического воздействия или поражения S02 является хлороз или обесцвечивание листьев с изменением их окраски до красно-бурого цвета, у хвойных растений –покраснение хвоинок от кончика к основанию.

4.2.Аммиак

В атмосферу аммиак (NH3) попадает в результате аварий на про­изводстве и при транспортировке или выходе из строя магистраль­ных трубопроводов. Растения, находящиеся вблизи места аварии, испытывают острое воздействие. Как и в случае воздействия N0х,. поражение растений происходит только при высокой концентрации NH3.

Действие NH3 на растения мало изучено. Наиболее чувстви­тельны к действию NH3 листья среднего возраста. Они могут стать тускло-зелеными, а затем бурыми или черными. Возможно увели­чение рН листа, приводящее к изменению его окраски. При воз­действии низкой концентрацией NH3 на нижней стороне листьев. появляется глянцевитость или серебристость, что можно ошибочно принять за повреждение растений ПАН . Замечено, что у яб­лонь NH3 может вызывать изменение окраски от пурпурной до черной на участках вокруг чечевичек .

4.3.Бор

Было определено  содержание бора  в  выбросах предприятий по производству стекловолокна, печей и рефрижераторов в провинции Онтарио, Канада. У растений, находящихся вблизи источника выбрасов, наблюдался краевой и междужилковый некроз листьев, а также пятнистость. Листья приобретали чашевидную форму и деформировались. Наиболее сильно пострадали старые листья. Острое поражение растительности отмечалось на расстоянии 200 м от источника, и значительно ослабевало на расстоянии 500м.

4.4.Хлористый водород и соляная кислота.

Хлористый водород очень гигроскопичный газ, который может превращаться в атмосфере в аэрозольные капли соляной кислоты.

Типичной реакцией на воздействие является краевой и междужилковый некроз, затем наступает некроз, проявляющийся в изменении окраски от желтого, бурого, красного до черного. Границы некрозированых участков могут быть от белого до кремового цвета. Признаки поражения листьев томата на­поминают признаки поражения, вызванного ПАН.

К признакам повреждения растений аэрозолем соляной кислоты можно отнести крапинки или точки от красно-коричневого до чер­ного цвета, а соляной кислотой — листовую пятнистость, поражен­ная площадь окаймляется полосой белого или кремрватого цвета (происходит отмирание ткани в центрах пятен). В растениях хлориды, так же как и фториды, часто аккумули­руются в верхушках листьев. Диализ поврежденных листьев поз­воляет установить уровень содержания в них хлоридов.

4.5.Твердые частицы и тяжелые металлы

В атмосфере содержится множество твердых частиц, постоянно осаждающихся на поверхности растений. Часть их сдувается или смывается, а часть проникает в лист через устьица или повреж­денные клетки эпидермиса.

Размер этих маленьких многомолекулярных частиц исчисляется микронами и дифференцируется по величине частиц. Определить размеры частиц, как правило, трудно, поскольку они взаимодей­ствуют друг с другом, с водой и газами, присутствующими в воз­духе. Сами по себе эти частицы зачастую инертны, однако при сое­динении с другими веществами могут становиться фитотоксичными, HF и SO2 представляют собой растворимые в воде газы, которые могут образовывать водяные оболочки (пленки) вокруг частиц. В результате растворения SO2 образуются кислые частицы, вызыва­ющие ожог листьев растений .

В ряде работ показано воздействие взвешенных в воздухе частиц на растения в естест­венных условиях. Частицы могут оседать на листьях, снижая уро­вень светопоглощения и соответственно фотосинтез, засорять устьица и повышать чувствительность растений к SO2 ; они также могут негативно влиять на опыление цветков, размер и состояние листьев , состав лесных насаждений  путем воз­действия на рН почвы. Роль твердых частиц в воздействии загряз­нения воздуха на растительность нуждается в дальнейшей разра­ботке.

В атмосфере большинство тяжелых металлов встречается в виде твердых частиц, адсорбированных на других частицах, или в виде солей. Из атмосферы они оседают на растения или земную поверхность (почву). Существуют споры о том, поглощаются ли тяжелые металлы листьями растений или же они поглощаются корнями и откладываются в них или переносятся вверх к листьям, плодам и т. д.

К наиболее распространенным и часто встречающимся в воз­духе и почве тяжелым металлам относится свинец (РЬ). Он со­держится в промышленных выбросах и в красках, образуется при сгорании этилированного бензина.

Существует полемика относительно попадания РЬ в растения: поступает ли он через листья, корни или через и то и другое вместе. А также переносится ли он внутри растения и оказывает ли ; неблагоприятное воздействие на него . Свинец осаждается на листьях, но его большая часть вымывается, поглощается корнями растений. Предполагают, что он локализуется  в пузырьках диктиосом и откладывается в клеточной оболочке. Свинец накапливается в почве, но четких доказательств того, что  он отравляет растения, произрастающие в естественных условиях,  нет. Все это требует тщательных исследований.

По имеющимся данным, цинк, кадмий и медь вызывают между-жнлковый хлороз с последующим покраснением и пожелтением листьев деревьев вблизи источника в середине лета .

Ртуть (Hg)—единственный тяжелый металл, находящийся в жидком состоянии при нормальной температуре. В закрытой теп­лице токсичные испарения от красителей, содержащих Hg, могут оказывать негативное действие на многие растения, особенно розы. На их листьях появляются бурые пятна, листья желтеют, а затем опадают. Молодые бутоны буреют и опадают. Лепестки увя­дают и буреют; тычинки при этом могут погибнуть .

Сульфат натрия

Было обнаружино присутствие сульфата натрия (NazSO) в атмосфере вблизи целлюлозно-бумажных заводов в Онтарио, Канада. Они установилено замедление роста и некроз ли­стьев у фасоли сорта «Pinto», уменьшение высоты кустов у томата сорта «Veemore», выращиваемых в теплице.

4.6. Смеси загрязняющих веществ.

В окружающем растения воздухе обычно содержится несколько потенциальных фитотоксичных загрязняющих веществ. Вопрос об их взаимодействии и воздействии этой смеси на растения еще не­достаточно изучен. Однако давно предполагали, что признаки воз­действия загрязняющих веществ появляются вследствие действия смеси газов, а не одного вещества. В то же время смесь газов мо­жет вызывать те же повреждения растений, что и' отдельное за­грязняющее вещество. Смесь газов может изменять пороговую чув­ствительность растения, в таком случае растение становится вос­приимчивым к действию одного или обоих загрязняющих веществ. Два газа в смеси могут причинить больше или меньше вреда, чем какой-либо из них в отдельности (синергизм).

Почти вся работа по изучению влияния смесей загрязняющих веществ на растения проводилась в экспериментальных условиях. Ниже приводятся некоторые примеры.

Озон и двуокись серы .Описано появление на листьях фасоли и табака некротических участков от рыжевато-бурых до белых при воздействии на них смеси О3  и SO2. Признаки повреж­дения этой смесью были сходны с признаками повреждения О3 или SO2, в зависимости от того, концентрация какого вещества превы­шала пороговую. После обобщения данных ряда работ пришли к выводу, что если концентрация смеси О3 и SO2 ниже пороговой для SO2, но равна или ниже пороговой для Оз, то наблю­даются признаки повреждения листьев по типу воздействия О3.

Озон и пероксиацетилнитрат

Исследовно влияние на сосну желтую смеси ПАН — 03 и изолированно ПАН и 03 концентрацией, вызывающей острое по­вреждение молодых хвоинок. Воздействие смеси ПАН — Оз вы­звало меньший эффект, нежели воздействие О3. Воздействие только ПАН повреждение растений не вызывало. Таким образом, при воз­действии смесью появляется антогонистическпй эффект взаимодей­ствия этих веществ, что приводит к ослаблению воздействия.

Двуокись серы и двуокись азота

Установили, что при воздействии смеси SO2 и N02 концентрацией ниже пороговой для каждого газа, происхо­дит повреждение верхней стороны листа у овса, фасоли «Pinto», редьки, соевых бобов, табака и томата. Нижняя поверхность ли­стьев становится серебристой или на ней появляется красноватая пигментация, совмест­ное действие SO2 и N02 приводит к уменьшению сухой массы у четырех пастбищных трав (злаков), в то время как в результате воздействия каждого из этих веществ в отдельности снижения уро­жайности могло и не быть.[2]

Вывод.

Первый от поверхности Земли слой атмосферы — тропосфера является неравновесной химически активной системой. В ней непрерывно идут процессы, вызывающие изменение концентрации примесей в атмосферном  воздухе. Знания о механизмах и скорости процессов поступления выбросов из природных и антропогенных источников, переноса в другие сферы (воду, почву) или трансформации в атмосфере позволяют составить баланс атмо­сферной части глобального кругооборота веществ в природе.

Большинство газообразных примесей, выбрасываемых в атмосферу, на­ходятся в восстановленной форме или в виде окислов с низкой степенью окисления (сероводород, метан, оксид азота). Анализ атмосферных осадков показывает, что возвращенные на поверхность земли примеси представлены в основном соединениями с высокой степенью окисления (серная кислота, сульфаты, азотная кислота, нитраты, диоксид углерода).

Таким образом, тропосфера играет роль глобального окислительного ре­зервуара.. Мониторинг

Мониторинг атмосферного воздуха — слежение за его состоянием и пре­дупреждение о критических ситуациях, вредных или опасных для здоровья людей и других живых организмов.

Для обеспечения мониторинга в развитых странах созданы автоматизи­рованные системы контроля загрязнения воздуха (АСКЗВ).

Задачи, решаемые АСКЗВ:

•  автоматическое наблюдение и регистрация концентраций загрязняющих веществ;

•  анализ полученной информации с целью определения фактического состояния загрязнения воздушного бассейна;

•  принятие экстренных мер по борьбе с загрязнением;

•  прогноз уровня загрязнения;

•  выработка рекомендаций для улучшения состояния окружающей среды;

•  уточнение и проверка расчетов рассеивания примесей.

АСКЗВ рассчитаны на измерение концентраций одного или нескольких ингредиентов из следующего ряда: SO2; CO; NOx; O3; CmHn; H2S; NH3; взве­шенных веществ, а также определения влажности, температуры, направле­ния и скорости ветра.

Сейчас происходит постоянное развитие АСКЗВ путем увеличения числа стационарных стан­ций и применения передвижных постов наблюдений. Дальнейшее совершенствование этой системы становится возможным благодаря пониманию необходимости глобального контроля над состоянием атмосферы путем объединения локальных, региональных и национальных служб наблюдения за атмосферой.[3]

Список литературы.

1.Экология города. Под ред. Стольберга Ф.В. К.: 2000г.

2.Мэннинг, Уильям Дж., Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений.1985г.

3.Бреншнайдер Б. Охрана воздушного бассейна от загрязнении. 1989г.