Экологическая обстановка города

Экологическая обстановка города

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 шведских исследователей, особенно интенсивной

является коррозия углеродистой стали в городах со значительным

увлажнением воздуха и в особенности прилегающих к морским побережьям.

Так, в Стокгольме наблюдается увеличение скорости коррозии в сравнении с

Кируной, находящейся в субарктической зоне, более чем в 15 раз.

Хромированные покрытия в тех же условиях разрушаются в 2-3 раза быстрее.

Легко заметить, что с удорожанием стоимости промышленного

оборудования и промышленной продукции ущерб, наносимый загрязнением

воздушного бассейна, будет неуклонно возрастать. Более того, оказывается,

что уже сейчас целый ряд наиболее передовых отраслей промышленности,

таких как электроника, точное машиностроение и приборостроение,

испытывают серьезные затруднения в своем развитии на территории городов.

Предприятиям этих отраслей приходится затрачивать немалые средства на

Страницы: 1, 2, 3