Пылевые загрязнения окружающей среды

Основным источником загрязнения воздушного бассейна являются промышленные предприятия. Большую часть промышленных выбросов составляет пыль.

Пылью называют дисперсную систему, состоящую из мельчайших твердых частиц, находящихся в газовой среде во взвешенном состоянии. Пыль можно классифицировать на атмосферную и промышленную. Промышленная пыль образуется в результате производственных процессов. Атмосферная пыль включает промышленную (загрязнение атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий) и естественную, возникающую при выветривании горных пород, вулканических извержениях, пожарах, ветровой эрозии пахотных земель, пыли космического и биологического происхождения (пыльца растений, споры, микроорганизмы).

К промышленным предприятиям, выбрасывающим в атмосферу частицы пыли, относятся предприятия черной металлургии, теплоэнергетики, химической, нефтеперерабатывающей, керамической, целлюлозно-бумажной, текстильной, горнорудной и стекольной промышленности.

Атмосферная пыль различного происхождения и химического состава постоянно присутствует в атмосфере. При неполном сгорании топлив образуется сажа, которая представляет собой высокодисперсный нетоксичный порошок, на 90—95% состоящий из частиц углерода. Сажа обладает большой адсорбционной способностью по отношению к тяжелым углеводородам и в том числе к бенз(а)пирену, что делает сажу весьма опасной для человека.

Источником атмосферной пыли является зола, образующаяся при сгорании топлив и в определенных количествах уносимая в атмосферу отходящими газами. В золе содержатся углерод, углеводороды в виде смол и масел и неорганические соединения. Атмосферная пыль отличается большим разнообразием частиц, размеры которых в большинстве случаев меньше размеров частиц промышленной пыли. Особую опасность для человека представляют токсические тонкодисперсные пыли с размером частиц 0,5—10 мкм, поступающие в атмосферу с вентиляционными выбросами и легко проникающие в органы дыхания.

Как и в случае газообразных загрязняющих веществ к аэрозолям естественного происхождения — твердым и жидким частицам взвешенным в воздухе,— добавилось значительное количество аэрозолей антропогенного происхождения. Размер (радиус) твердых частиц, наблюдаемых в атмосфере, колеблется в широких пределах: от тысячных и сотых долей до нескольких десятков микрометров (при пыльных бурях размеры частиц, переносимых ветром, увеличиваются до 100 мкм и более).

В зависимости от размера аэрозольные частицы делят на три класса: мелкие или микроскопические (тонкодисперсные), радиусом <0,1 мкм, средние (среднедисперсные), радиус 0,1 — 1 мкм и крупные (грубодисперсные), радиус > 1 мкм. Среди, тонкодисперсных пылей выделяют группу частиц, обладающих гигроскопическими свойствами. Эти частицы называют ядрами конденсации (они служат зародышами капель облаков и туманов).

По физико-химическим свойствам аэрозоли делят на: пыль и сажу (твердые частицы), дым (сильно обводненные частицы) капли (тумана, облаков, осадков). В реальных условиях частицы пыли в какой-то степени всегда обводнены Лишь незначительная часть антропогенных аэрозолей имеет жидкую структуру (например, серная кислота).

Тонкодисперсные пылевые аэрозоли помимо влияния на организм человека, вносят существенный вклад в поглощение радиации и, как следствие, в изменение термического режима атмосферы. Наиболее крупные частицы веществ увеличиваются при росте относительной влажности настолько, что становятся зародышами капель облаков и туманов (т. е. ядрами конденсации). Более мелкие частицы (в первую очередь, нерастворимых веществ) сохраняются в первоначальном виде, образуя самостоятельную фракцию тонкодисперсного аэрозоля.

В составе аэрозоля всегда присутствуют четыре группы веществ: сульфаты, органические соединения, твердый углерод и вода, относительное содержание которых колеблется в широких пределах.

Твердый углерод — это различного вида сажа, радиус частиц которой в момент образования близок к 0,003—0,005 мкм, а концентрация весьма изменчива — от 1 мкг/м3 в особо чистых районах до 10—30 мкм/м3 в сильно задымленных. Вскоре после образования частицы сажи объединяются в хлопья радиусом в несколько сотых микрометра, захватываются частицами другой природы (например, каплями осадков) и удаляются из атмосферы через интервалы времени, колеблющиеся от нескольких десятков часов до 1—2 недель. Общая масса сажи в атмосфере оценивается примерно в 5 Мт, а скорость поступления — около 500 Мт/год.

Роль сажи в атмосфере определяется не только вредным воздействием на человека, прежде всего на органы дыхания, но и тем, что из всех составляющих аэрозоля сажа наиболее сильно поглощает солнечную и земную радиацию в широком диапазоне длин волн (от 0,25 до 13 мкм) и тем самым может оказывать существенное влияние на термический режим атмосферы и земной поверхности.

Роль сульфатов (соединений серы) значительна прежде всего потому, что наиболее крупные частицы их служат ядрами конденсации, определяющими условия образования и микроструктуру облаков и туманов. Велико содержание сульфатов в дымках — широко распространенном явлении (особенно в городах), оказывающем существенное влияние на радиационный теплообмен планеты.

В связи с увеличением антропогенных выбросов сульфатов в последние десятилетия заметно возросла их биологическая активность, сопровождающаяся отравлением растительности и животного мира (это так называемые кислотные дожди).

Наименее активна (в отношении поглощения радиации и влияния на климат) органическая составляющая аэрозоля.

Вклад антропогенных выбросов в общий баланс аэрозоля существен для всех его составляющих (для твердого углерода он преобладает над естественным, для сульфатов и органического вещества составляет примерно 25 % естественного) и со временем продолжает увеличиваться.

Присутствуют и другие вещества, выбрасываемые в атмосферу и оказывающие вредное воздействие на организм человека, животной и растительный мир. Общее число загрязняющих атмосферу веществ исчисляется несколькими сотнями. Важным источником загрязнения атмосферы служит промышленность, связанная с добычей и использованием строительных материалов (дробление пород в карьерах, изготовление цемента и др.). Например, цементные заводы выбрасывают около 3 % своей продукции (примерно 100 тыс. т пыли диаметром в несколько десятков микрометров). Сталелитейные заводы выбрасывают огромные объемы красного дыма, состоящего из мелких частиц оксида железа (диаметром около 0,1 мкм) и сильно снижающего инсоляцию на прилегающей территории. Цветная металлургия служит источником загрязнения атмосферы частицами цинка, свинца, меди и алюминия.

В пыли, оседающей вблизи индустриальных центров, обнаруживается немало различных минералов - кварц, кальцит, гипс, полевой шпат, асбест (последний даже при концентрации, значительно меньше концентрации других минералов, вызывает необратимое повреждение легких). Пыль в воздухе индустриальных районов включает в среднем 20 % оксида железа, 15 % силикатов и 5 % сажи. К этому следует добавить оксиды металлоидов (марганец, ванадий, молибден, мышьяк, сурьма и особенно токсичные селен и теллур), а также фториды. Автомобили, литейное производство и сжигание, отходов— основные источники загрязнения атмосферы свинцом — исключительно токсичным металлом. Ежегодно каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу в среднем 1 кг свинца в виде аэрозоля (в бензин добавляется тетраэтилсвинец в качестве антидетонатора). В крупных городах многих стран мира концентрация свинца нередко превышает 1 мкг/м3 (а на перекрестках и в туннелях 5—30 мкг/м3). Среднее время пребывания в атмосфере частиц свинца составляет несколько педель, что способствует распространению свинца в удаленные от источников районы (например, из США до Гренландии). В настоящее время вся биосфера заражена свинцом антропогенного происхождения.

Пыль может быть причиной легочных и кожных заболеваний. Запыленность воздуха приносит помимо социального, большой экономический ущерб, причиняемый растительному и животному миру, сельскому и лесному хозяйствам.

Дисперсный состав пылей и туманов определяет их проникающую способность в организм человека, устойчивость пылевых выбросов в атмосфере и почти всегда является решающим фактором при выборе средств и способов защиты атмосферы от пылевых выбросов и туманов.

Под влиянием газопылевых выбросов, загрязняющих атмосферный воздух и почву, происходит нарушение, и даже полное уничтожение естественных фитоценозов, образование техногенных геохимических провинций.

Экстремальные воздействия пылевых выбросов в конечном счете ведут к гибели растительности, к эрозии и дефляции почв. Значительно повышается кислотность почв, содержание тяжелых металлов, увеличивается концентрация токсичных веществ в почвенно-грунтовых водах, водах подчиненных ландшафтов, реках, прудах, озерах. Зона максимального загрязнения почвенного покрова, угнетения и гибели растений вследствие газопылевых выбросов имеет протяженность до 5—10 км от источника выбросов, а нередко до нескольких десятков километров.

При пылевых загрязнениях в значительной степени изменяется также флористический состав разных типов растительности: лиственных и хвойных лесов, болот, луговых угодий.