Загрязняюще вещества антропогенного происхождения при чрезвычайных ситуациях

Основными источниками загрязняющих веществ антропогенного происхождения являются сжигание топлива, выбросы промышленных предприятий, транспорт.

Основными компонентами наземных слоев атмосферы (воздуха) являются азот и кислород.

Азот (N2) в природе всегда находится в круговороте, схема которого для экологически нормальной системы может представлена следующим образом (рис. 1.13).

Кислород (O2) — самый необходимый газ для жизнедеятельности, без него невозможен процесс горения органических веществ. Кислород широко используется в промышленности, а в природной среде нежен при образовании озона.

Рис. 1.13. Схема круговорота азота (N2) в природе

Озоновый слой предохраняет все живое па Земле от ультрафиолетовых лучей. Озон образуется при грозовых разрядах из кислорода:

10-6% озона по объему содержится в трехмиллиметровом слое в воздушной среде, основная масса его находится на высоте 10-50 км. Озон токсичен и при длительном воздействии вызывает головную боль, раздражительность, усталость (его называют «летний яд»). Большое количество загрязняющих веществ вызывает разрушение озонового слоя, что имеет негативные последствия.

Разрушение озона происходит:
1) за счет N20:
N20 + О3 -> 2NO + 02 (вследствие движения сверхзвуковых самолетов);
2) за счет фреонов, растворителей, содержащих галогены, в результате следующих реакций:
Сl- + O3 -> СlO- + O2
СlO- + O -> Сl- + O2.

Основными твердыми загрязнителями нижних слоев атмосферы являются золы, шлаки, сажа. При сгорании твердого топлива в присутствии кислорода при 800°С выделяются зола и шлаки. Основным компонентом золы является стекло, в нее входит сажа и следующие вещества (в граммах на 1 т сгораемого топлива):

Большое количество сажи (технический углерод) выделяется при неполном сгорании топлива. Токсичность сажи увеличивается за счет того, что на ее поверхности адсорбируются канцерогенные вещества (например, ПАУ-полициклические ароматические углеводороды). При горении органических веществ образуются дымы, которые содержат токсические вещества, сажу и входят в состав смога, который вызывает заболевания органов дыхания, нарушение кровообращения.

При сжигании угля и нефти образуются двуокись и трехокись серы (SO2 и SO 3). В атмосфере эти окиси образуют серную кислоту:

При сжигании топлива в атмосферу выделяются также оксиды кальция и железа:

СаО + H2S04 — CaS04 + Н20,

Fe203 + 3H2S04 -> Fe2(S04)3 + 3H20.

Сульфатов кальция и железа в виде твердых частичек и капелек серной кислоты содержится в воздухе иногда до 20%, из них образуются туманы и смоги.

Диоксиды азота образуются при окислении оксидов азота, затем они образуют азотную кислоту при взаимодействии с капельками воды:

Поскольку загрязнение атмосферного воздуха тесно связано с возможностью выживания, необходимо определить, особенно в городах с большим населением, пригодность воздуха для здоровья населения.

В этой связи усиленно разрабатываются методы оценки городского воздуха. Разработаны и используются как конкретные установки, так и математические модели, где представлена, например, методика расчетов наличия и изменения токсичных химических соединений в составе окружающей атмосферы с применением многофункциональной модели и указаны уровни возможных погрешностей, возникающих при применении различных методик. Представлен пример использования предлагаемого подхода к решению задачи осаждения из атмосферы диоксида серы, оксидов азота и других видов токсичных химических соединений в дневное и ночное время. Рассмотрена методика выполнения этих расчетов. Обсуждены полученные при проведенных исследованиях результаты. Указано на перспективность применения предложенного подхода к решению задач рассматриваемого класса.

В России создана очень актуальная система оценки состояния атмосферного воздуха. Это справочный информационно-аналитический комплекс (ИАК), позволяющий оперативно производить расчеты концентраций загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосфере от одного или нескольких источников загрязнения.

Расчет распространения ЗВ в атмосфере производится по различным методикам. В ИАКе реализован широко распространенный алгоритм расчета переноса ЗВ в приземном слое атмосферы, описанный в Общероссийском нормативном документе — ОНД-86. Этот алгоритм рекомендуется использовать при проведении экологической экспертизы проектируемых, строящихся и реконструируемых промышленных предприятий. Используемые в комплексе Гауссовы варианты модели учитывают условия статификации атмосферы, состояние подстилающей поверхности, суточный и годовой цикл солнечной радиации, а также наличие снежного покрова. В зависимости от состояния подстилающей поверхности распределение максимальных концентраций ЗВ также значительно меняется. Гауссовы модели могут быть использованы для экспресс-прогноза состояния атмосферного воздуха при запланированных и аварийных выбросах ЗВ.

Необходимо подчеркнуть, что в ИАК имеется возможность наращивать информационную среду комплекса, включая новые варианты моделей, блоки обработки и отображения результатов расчетов, что делает предлагаемый комплекс открытой для пользователя системой, допускающей расширение и усовершенствование комплекса без участия разработчиков. ИАК позволяет решать достаточно широкий круг практических задач: от моделирования процессов распространения выбросов ЗВ промышленными предприятиями, автотранспортом, экологической экспертизы строящихся объектов до мониторинга городских районов или оценки последствий чрезвычайных ситуаций при авариях и катастрофах. Диалоговый режим проведения расчетов дает возможность оперативно выполнять вычисления по различным исходным данным, вариантам моделей и анализировать результаты расчетов.