Экологическая обстановка города - Экология - Скачать бесплатно
Глава I.Общие экологические проблемы городов.
Экологические проблемы городов, главным образом наиболее
крупных из них, связаны с чрезмерной концентрацией на сравнительно
небольших территориях населения, транспорта и промышленных предприятий, с
образованием антропогенных ландшафтов, очень далеких от состояния
экологического равновесия.
Темпы роста населения мира в 1.5-2.0 раза ниже роста городского
населения, к которому сегодня относится 40% людей планеты. За период 1939
– 1979 гг. население крупных городов выросло в 4, в средних – в 3 и малых
– в 2 раза.
Социально-экономическая обстановка привела к неуправляемости процесса
урбанизации во многих странах, в том числе и у нас в России. Помимо
крупных городов-миллионеров быстро растут городские агломерации или
слившиеся города, примером может служить Москва, Кузбасс и другие.
Круговорот вещества и энергии в городах значительно превосходит
таковой в сельской местности. Средняя плотность естественного потока
энергии Земли – 180 Вт/м2, доля антропогенной энергии в нем – 0.1 Вт/м2.
В городах она возрастает до 30-40 Вт/м2.
Над крупными городами атмосфера содержит в 10 раз больше
аэрозолей и в 25 раз больше газов. При этом 60-70% газового загрязнения
дает автомобильный транспорт. Более активная конденсация влаги приводит к
увеличению осадков на 5-10%. Самоочищению атмосферы препятствует снижение
на 10-20% солнечной радиации и скорости ветра.
При малой подвижности воздуха тепловые аномалии над городом
охватывают слои атмосферы в 250-400 м, а контрасты температуры могут
достигать 5-6(С. С ними связаны температурные инверсии, приводящие к
повышенному загрязнению, туманам и смогу.
Города потребляют в 10 и более раз больше воды в расчете на
1 человека, чем сельские районы, а загрязнение водоемов достигает
катастрофических размеров. Объемы сточных вод достигают 1м2 в сутки на
одного человека. Поэтому практически все крупные города испытывают
дефицит водных ресурсов и многие из них получают воду из удаленных
источников.
Водоносные горизонты под городами сильно истощены в результате
непрерывных откачек скважинами и колодцами, а, кроме того, загрязнены на
значительную глубину.
Коренному преобразованию подвергается и почвенный покров
городских территорий. На больших площадях, под магистралями и кварталами,
он физически уничтожается, а в зонах рекреаций – парки, скверы, дворы –
сильно уничтожается, загрязняется бытовыми отходами, вредными веществами
из атмосферы, обогащается тяжелыми металлами, обнаженность почв
способствует водной и ветровой эрозии.
Растительный покров городов обычно практически полностью
представлен “культурными насаждениями” – парками, скверами, газонами,
цветниками, аллеями. Структура антропогенных фитоценозов не соответствует
зональным и региональным типам естественной растительности. Поэтому
развитие зеленых насаждений городов протекает в искусственных условиях,
постоянно поддерживается человеком. Многолетние растения в городах
развиваются в условиях сильного угнетения.
Состояние воздушного бассейна
Для большинства крупных городов характерно чрезвычайно сильное и
интенсивное загрязнение атмосферы. По большинству загрязняющих агентов, а
их в городе насчитывается сотни, можно с уверенностью сказать, что они,
как правило, превышают предельно допустимые концентрации. Более того,
поскольку в городе наблюдается одновременное воздействие множества
загрязняющих агентов, их совместное действие может оказаться еще более
значительным. Широко распространено мнение о том, что с увеличением
размеров города, возрастает и концентрация различных загрязняющих веществ
в его атмосфере, однако в действительности, если рассчитывать среднюю
концентрацию загрязнений на всю территорию города, то в
многофункциональных городах с населением более 100 тыс. человек она
находится примерно на одном и том же уровне и с увеличением размеров
города практически не возрастает. Это объясняется тем, что одновременно с
увеличением объемов выбросов, возрастающих пропорционально росту
численности населения, расширяется и площадь городской застройки, которая
и выравнивает средние концентрации загрязнения в атмосфере.
Существенной особенностью крупных городов с населением более
500 тыс. человек является то, что с увеличением территории города и
численности его жителей в них неуклонно возрастает дифференциация
концентраций загрязнения в различных районах. Наряду с невысокими
уровнями концентрации загрязнения в периферийных районах, она резко
увеличивается в зонах крупных промышленных предприятий и, в особенности в
центральных районах. В последних, несмотря на отсутствие в них крупных
промышленных предприятий, как правило, всегда наблюдаются повышенные
концентрации загрязнителей атмосферы. Это вызывается как тем, что в этих
районах наблюдается интенсивное движение автотранспорта, так и тем, что в
центральных районах атмосферный воздух обычно на несколько градусов выше,
чем в периферийных, – это приводит к появлению над центрами городов
восходящих воздушных потоков, засасывающих загрязненный воздух из
промышленных районов, расположенных на ближней периферии. При анализе
процессов загрязнения атмосферы городов весьма существенно различие между
загрязнениями, производимыми стационарными и мобильными источниками. Как
правило, с увеличением размера города доля мобильных источников
загрязнения (в основном автотранспорта) в общем, загрязнении атмосферы
возрастает, достигая 60 и даже 70%.
Проследим, каков же объем веществ выбрасывается условным
городом с населением в 1млн человек в год. (Работа над такой моделью была
предпринята экологами Б.Б. Прохоровым и Ю.Н. Лапиным). Первоначально в
качестве базовой модели был выбран условный город с численностью
населения в 1 млн. жителей, многофункциональный — в нем представлены
основные виды промышленности. Для создания модели эталонного города
использовались сведения о различных городах, которые с соответствующими
поправками пересчитывались применительно к выбранной модели. Модель
составлялась по принципу баланса: на входе — вещества, поступающие в
город в виде сырья, ресурсов, пищевых продуктов, а на выходе - выбросы в
атмосферу, промышленные и бытовые стоки, в природные воды и отходы,
поступающие на городские свалки. Мы можем с полной уверенностью применить
этот эталон и к городам Сибири, т.к. они в основном являются
промышленными, то по уровню загрязнения условно их можно сопоставить с
городами-миллионерами).
Таблица 1
Выбросы (в тыс.т/год) в атмосферу города с населением
1 млн. человек (1, с. 27)
|Ингредиенты атмосферных выбросов |Количество|
|Вода (пар, аэрозоль) |10800 |
|Углекислый газ |1200 |
|Сернистый ангидрид |240 |
|Окись углерода |240 |
|Пыль |180 |
|Углеводороды |108 |
|Окислы азота |60 |
|Органические вещества (фенолы, бензол, спирты, растворители, |8 |
|жирные кислоты...) | |
|Хлор, аэрозоли соляной кислоты |5 |
|Сероводород |5 |
|Аммиак |1,4 |
|Фториды (в перерасчете на фтор) |1,2 |
|Сероуглерод |1.0 |
|Цианистый водород |0,3 |
|Соединения свинца |0,5 |
|Никель (в составе пыли) |0,042 |
|ПАУ (в том числе бензапирен) |0,08 |
|Мышьяк |0,031 |
|Уран (в составе пыли) |0,024 |
| Кобальт (в составе пыли) |0,018 |
|Ртуть |0.0084 |
|Кадмий (в составе пыли) |0,0015 |
|Бериллий (в составе пыли) |0,0012 |
Существующие соотношения между стационарными и мобильными источниками
загрязнения атмосферного воздуха в значительной мере определяют его
характер.
Рассмотрим вначале основные стационарные источники выбросов в атмосферу. От
60% до 96% эмиссии вредных веществ приходится на производство энергии
Таблица 2
Выбросы в атмосферу электростанцией мощностью 1000МВт
(в тоннах в год).
(6, с.19)
| |Выбросы |
|Топливо |Частицы |СО |NOx |SO2 |Углеводоро|
| | | | | |ды |
|Уголь |3000 |2000 |27000 |110000 |400 |
|Нефть |1200 |700 |25000 |37000 |470 |
|Природный |500 |- |20000 |20,4 |34 |
|газ | | | | | |
Конечно, по сравнению с энергетикой глобальное загрязнение
посредством химической промышленности невелико, но это тоже достаточно
ощутимое локальное воздействие. Большинство органических полупродуктов и
конечная продукция, применяемая или производимая в отраслях химической
промышленности, изготавливается из ограниченного числа основных продуктов
нефтехимии. При переработке сырой нефти или природного газа на различных
стадиях процесса, например, перегонке, каталитическом крекинге, удалении
серы и алкилировании, возникают как газообразные, так и растворенные в
воде и сбрасываемые в канализацию отходы. К ним относятся остатки и
отходы технологических процессов, не поддающиеся дальнейшей переработке.
Эти проблемы имеют место быть в большинстве промышленных городов Сибири.
Газообразные выбросы установок перегонки и крекинга при
переработке нефти, имеющем место в таких городах, как Омск и Ангарск, в
основном содержат углеводороды, моноксид углерода, сероводород, аммиак и
оксиды азота. Та часть этих веществ, которую удается собрать в
газоуловителях перед выходом в атмосферу, сжигается в факелах, в
результате чего появляются продукты сгорания углеводородов, моноксид
углерода, оксиды азота и диоксид серы. При сжигании кислотных продуктов
алкилирования образуется фтороводород, поступающий в атмосферу. Также
имеют место неконтролируемые эмиссии, вызванные различными утечками,
недостатками в обслуживании оборудования, нарушениями технологического
процесса, авариями, а также испарением газообразных веществ из
технологической системы водоснабжения и из сточных вод.
Из всех видов химических производств, присутствующих в таких
сибирских городах, как Омск, Кемерово, Караганда и др., наибольшее
загрязнение дают те, где изготавливаются или используются лаки и краски.
Это связано с тем, что лаки и краски часто изготавливают на основе
алкидных и иных полимерных материалов, а также нитролаков, обычно они
содержат большой процент растворителя. Выбросы антропогенных органических
веществ в производствах, связанных с применением лаков и красок
составляет 350 тыс. т в год, остальные производства химической
промышленности в целом выделяют 170 тыс. т год.
В отличие от стационарных источников загрязнение воздушного
бассейна автотранспортом происходит на небольшой высоте и практически
всегда имеет локальный характер. Так, концентрации загрязнений,
производимых автомобильным транспортом, быстро уменьшаются по мере
отдаления от транспортной магистрали, а при наличии достаточно высоких
преград (например, в закрытых дворах домов) могут снижаться более чем в
10 раз.
В целом выбросы автотранспорта значительно более токсичны,
чем выбросы, производимые стационарными источниками. Наряду с угарным
газом, окислами азота и сажей (у дизельных автомашин) работающий
автомобиль выделяет в окружающую среду более 200 веществ и соединений,
обладающих токсическим действием. Среди них следует выделить соединения
тяжелых металлов и некоторые углеводороды, особенно бензапирен,
обладающий выраженным канцерогенным эффектом.
Несомненно, что в ближайшем будущем загрязнение воздушного
бассейна городов автомобильным транспортом будет представлять наибольшую
опасность. Это объясняется главным образом тем, что в настоящее время еще
не существует кардинальных решений данной проблемы, хотя нет недостатка в
отдельных технических проектах и рекомендациях.
Результатом загрязнения атмосферы становится такое характерное
для множества промышленных городов Сибири явление, как фотохимический
туман (смог).
Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную
смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В
состав основных компонентов смога входят: озон, оксиды азота и серы,
многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в
совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате
фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере
высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других
загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень
слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и, в течение не
менее суток, повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно
сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации
реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и
реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация
вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и
атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают
озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова
превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но
этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных
газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют
осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации
новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества
озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере
постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается.
В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере
концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют
характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются
источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой
реакционной способностью. По своему физиологическому воздействию на
организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы
и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с
ослабленным здоровьем.
Характеризуя загрязнение воздушного бассейна города,
необходимо упомянуть о том, что оно подвержено заметным колебаниям,
вызываемым как погодными условиями, так и режимом работы предприятия и
автотранспорта.
Как правило, загазованность атмосферы днем больше, чем
ночью, зимой больше, чем летом, но и здесь встречаются исключения,
связанные, например, с фотохимическим смогом в летнее время или
образованием над городом застойных масс загрязненного воздуха в ночное
время. Для городов, расположенных в различных климатических зонах и
находящихся в специфических ландшафтных условиях, характерны различные
типы критических ситуаций, во время которых загазованность атмосферы
может достигать критических значений, но во всех случаях они связываются
с продолжительной безветренной погодой.
Загрязнение атмосферного воздуха является самой серьезной
экологической проблемой современного города, оно наносит значительный
ущерб здоровью горожан, материально-техническим объектам, расположенным в
городе (зданиям, объектам, сооружениям, промышленному и транспортному
оборудованию, коммуникациям, промышленной продукции, сырью и
полуфабрикатам) и зеленым насаждениям.
Многие техногенные вещества, попадающие в воздушную среду
городов, являются опасными загрязнителями. Они наносят ущерб здоровью
людей, живой природе, материальным ценностям. Некоторые из них в силу
длительного существования в атмосфере переносятся на большие расстояния,
из-за чего проблема загрязнения превращается из локальной в
международную. В основном это касается загрязнений окислами серы и азота.
Быстрое накопление этих загрязнителей в атмосфере Северного полушария
(годовой прирост 5%) породило такое явление, как кислые и подкисленные
осадки. Они подавляют биологическую продуктивность почв и водоемов,
особенно тех из них, которые обладают собственной высокой кислотностью.
Разберем для примера лишь воздействие загрязнения воздушного бассейна на
материально-технические объекты только одним компонентом – сернистым
газом, выбрасываемым в атмосферу городов при сжигании топлива.
Как показывают многочисленные исследования, повышенная
концентрация сернистого газа в воздухе резко увеличивает коррозию
металлов. Так, по данным
|
