Самоочищення атмосферного повітря

Особливістю повітря є його надзвичайна рухливість, тому забруднюючі речовини в атмосфері можуть швидко розсіюватися і в результаті їх концентрації в повітрі швидко спадають, віддаляючись від джерела забруднення. На ступінь та інтенсивність самоочищення повітря впливають метеорологічні величини і явища: напрямок і швидкість вітру, вологість, кількість, інтенсивність та тривалість опадів, циркуляція повітряних потоків, інверсія (зростання температури з висотою), інтенсивність сонячної радіації (яка визначає фотохімічні перетворення домішок і виникнення вторинних продуктів забруднення повітря).

Певну роль у розсіюванні домішок в повітрі в умовах міста відіграє планування вулиць слайд, їх ширина, напрям, висота будівель, зелених масивів і водні об’єкти. Названі чинники утворюють ніби різні форми наземних бар’єрів повітряному потоку. Встановлено, що навіть при постійних об’ємах і складі промислових і транспортних викидів у результаті впливу вищевказаних чинників рівні забруднення повітря можуть відрізнятися в декілька разів.

У зв’язку з тим, що домішки в атмосферному повітрі взаємодіють між собою і з об’єктами навколишнього середовища, існує можливість самоочищення середовища. Самоочищення атмосферного повітря може проходити в результаті різноманітних фізичних, хімічних та біологічних процесів: слайд

1) розсіювання в атмосфері забруднюючих речовин, що залежить від метеорологічних умов. Розсіювання або дифузія ЗР (дифузія — процес випадкового невпорядкованого переміщення частинок під впливом хаотичних сил, зумовлених тепловим рухом і взаємодією з іншими частками), які виділяються різними джерелами, проходить під впливом турбулентності, яка властива приземному шару повітря. Завдяки турбулентності різні шари повітря інтенсивно перемішуються у всіх напрямках, одночасно знижується концентрація ЗР.

2) сухого і мокрого осідання забруднюючих речовин;

3) взаємодії між окремими забруднюючими речовинами з утворенням нетоксичних чи менш токсичних сполук (при взаємодії аміаку з хлоридом гідрогену (HCl) утворюється хлорид амонію, який випадає з атмосферними опадами на земну поверхню);

4) хімічної взаємодії між забруднюючими речовинами й основними компонентом повітря (найчастіше киснем), наприклад окислення оксиду азоту (ІІ) до оксиду азоту (ІV), але окисниками можуть бути і озон;

5) адсорбції підстилаючої поверхнею, поглинанням ґрунтовими бактеріями і мікроорганізмами.

Розглянемо деякі механізми самоочищення.

Важливе значення для розсіювання домішок має вітер. Швидкість вітру зростає з перепадом атмосферного тиску. Чим більший градієнт тиску, тим вища швидкість вітру. У вітряну погоду розсіювання ЗР проходить інтенсивніше в результаті забрудненість повітря нижча.

При малих швидкостях проблеми по запобіганню накопичення ЗР у приземному шарі повітря можна вирішувати шляхом збільшення висоти труб газовідведення. Підйом домішок особливо значний при нагрітих викидах.

Максимальні концентрації домішок переважно спостерігаються при певній швидкості, яку називають небезпечною. Вона залежить від параметрів викиду і визначається за формулою: слайд

, де

W – об’єм газоповітряної суміші, що викидається за секунду, Т – різниця температур газоповітряної суміші і навколишнього повітря, Н висота труби викиду.

Так, для потужних джерел викиду з великою температурою димових газів по відношенню до навколишньої (наприклад для ТЕС, металургійні і хімічні заводи) вона складає 5-7 м/с. Для джерел з порівняно малим об’ємом викидів і низькою температурою газів, наприклад котельні, вона близька до 1-2 м/с. Отже, підвищення швидкостей вітру сприяє зниженню приземних концентрацій домішок у повітрі.

Однією із важливих характеристик погоди є інверсія слайд, тобто стан атмосфери, при якому температура збільшується з висотою. Розрізняють інверсії приземні та припідняті. Перші характеризуються зростанням температурного градієнта безпосередньо біля поверхні Землі, а припідняті – появою більш теплого шару повітря на деякій висоті над поверхнею Землі. В інверсійних умовах послаблюється турбулентний обмін. Така вертикальна стратифікація перешкоджає розвитку турбулентності і обмежує зону атмосферного перемішування, що зумовлює погіршення розсіювання промислових викидів і накопичення шкідливих речовин у приземному шарі.

Для низьких джерел викидів найбільш несприятливим є сполучення приземної інверсії зі слабким вітром. Особливо небезпечне забруднення повітря, коли холодні викиди (наприклад, викиди машинобудівних заводів) поєднуються з приземною інверсією та штилем. Встановлено, що рівень концентрацій домішок у приземному шарі буде на 10-60% більший, ніж при відсутності інверсії.

Розповсюдження в атмосфері викидів підпорядковується законам турбулентної дифузії. На процес розсіювання викидів суттєво впливають метеоумови, характер місцевості, хімічні властивості речовин, які викидаються, потужність викиду, висота та діаметр труби, температура і швидкість відведення газів.

Горизонтальне переміщення домішок визначається в основному швидкістю та напрямком вітру, а вертикальне – розподілом температур в атмосфері по висоті та ін. Чим вище джерело викиду, тим більше розсіюється домішок в атмосфері, перед тим як вони досягнуть підстилаючої поверхні. Концентрації домішок у приземному шарі атмосфери під факелом димових труб розподіляються таким чином. Поблизу джерела при відсутності низьких викидів концентрація домішок низька. Вона збільшується і досягає максимуму на деякій відстані від труби. Теоретично найбільшого значення концентрація ЗР переважно досягає на відстані 10-40 висот труб. Можна розрахувати теоретичну максимальну концентрацію ЗР під джерелом забруднення, знаючи параметри викиду і стан повітряних мас.

Рік побудови	Країна	Місто	Висота	Примітки
	Казахстан	Екібастуз	420 м	Найвища труба у світі
	Канада	Садбери	385 м	Найвища труба у західній півкулі
	Словенія	Трбовлє	360 м	Найвища труба у Європі
	Україна	Харків	330 м	Одна з найвищих труб в Україні
	США	Анаконда	178 м	Найвища труба з цегли
	Великобританія	Селафілд	124 м	Найвища труба АЕС

Сонячна радіація зумовлює фотохімічні реакції в атмосфері й утворення вторинних продуктів, які можуть бути більш токсичними, ніж вихідні. Утворюються смоги. слайд

Смог буває наступних типів: слайд

· вологий смог лондонського типу - поєднання туману з домішкою диму і газових відходів виробництва. Його називають чорним смогом. Він формується за низьких температур та високої вологості повітря.

· крижаний смог аляскінського типу - смог, що утворюється при низьких температурах з пара опалювальних систем і побутових газових викидів.

· сухий смог лос-анджелеського типу - смог, що виникає в результаті фото-хімічних реакцій, які відбуваються в газових викидах під дією сонячної радіації. Інколи його називають білий смог, який формується за умов:

1) високої температури (понад 300С);

2) відсутності перемішування шарів повітря у вертикальному напрямку (інверсія);

3) значної кількості викидів автотранспорту.

Він проявляється у вигляді білого туману з неприємним запахом, що подразнює очі, слизові оболонки, органи дихання. Фотохімічний смог може викликати ураження дихальних шляхів, блювоту, роздратування слизової оболонки очей і загальну млявість. У ряді випадків у фотохімічному смог можуть бути присутніми сполуки азоту, які підвищують вірогідність виникнення ракових захворювань.

В Україні спостерігається в Дніпропетровську, Запоріжжі, Донецьку.

При туманах концентрація домішок може сильно збільшуватися на 80-90%. Концентрація домішок пропорційна тривалості туману. З туманами пов’язані вологі смоги, при яких протягом тривалого часу утримуються високі концентрації шкідливих речовин у повітрі.

Тума́н — атмосферне явище, що полягає в скупченні продуктів конденсації, звішених в повітрі безпосередньо над земною поверхнею. Виникає внаслідок охолодження повітря від земної поверхні чи випаровування з теплої води.

Найбільша кількість туманних днів — 120 на рік — спостерігається на острові Ньюфаундленд в Атлантичному океані. В цьому районі зустрічаються тепла течія Гольфстрім та холодна Лабрадорська течія.

З великих міст світу своїми туманами відомий Лондон, хоч після того, як у 60-ті роки ХХ століття було заборонене вугільне опалення будинків, кількість та густота туманів там зменшилася в кілька разів, і зараз таких туманів, як у другій половині ХІХ та першій половині ХХ століття, вже не спостерігається. слайд

У середині I тисячоліття до нашої ери давньогрецький поет Гомер, автор «Іліади» та «Одіссеї», описував Кіммерію (Кімері́йці — стародавні кочівники, які жили на території Північного Причорномор'я в X — VII століттях до н. е.), як надзвичайно туманну область. Це свідчить, що клімат України в ті часи був набагато більш вологим, ніж нині. Але й у сучасній Україні густі тумани — зовсім не дивина. Найчастіше їх можна спостерігати на Донецькому кряжі. Одного разу там було зафіксовано випадок, коли туман безперервно утримувався протягом 108 годин (4,5 доби).

Великий вплив на рівень забруднення атмосферного повітря має рельєф і пов’язана з ним циркуляція атмосфери. В умовах розчленованої місцевості на навітряних схилах виникають висхідні рухи повітря, а на підвітряних низхідні рухи. При низхідних потоках приземні концентрації ЗР зростають, при висхідних – зменшуються. У деяких формах рельєфу, наприклад котловинах, повітря застоюється, що призводить до накопичення шкідливих речовин поблизу земної поверхні, особливо від низьких джерел викиду. На горбистій місцевості максимуми концентрацій домішок у приземному шарі повітря переважно вищі, ніж на рівнинній.

Видалення домішок з опадами (вологе осідання) може проходити шляхом вимивання як у хмарі, так і під хмарою. Дощові краплі виносять тверді домішки із хмари (тому що саме на них конденсується волога), а також захоплюють ЗР під хмарою. Процес мокрого очищення атмосферного повітря буде залежати від розмірів крапель дощу або від кристалів снігу, густоти і швидкості їх випадання. Снігові кристали внаслідок великої поверхні є найкращим очисником. Дощ інтенсивністю 2 мм/год протягом 15 хв вимиває із повітря близько 30% аерозольних частинок розміром 10 мкм. При одній і тій ж кількості опадів сильні і короткочасні дощі менш ефективні, ніж помірні і тривалі. Краще всього промиває атмосферу моросячий дощ. В індустріально розвинутих регіонах лісостепу України за рік з опадами осаджується на кожному гектарі земної поверхні біля 200 кг мінеральних речовин. Найбільша кількість мінеральних речовин осаджується поблизу джерел викидів і в початковий період випадання дощу.

До другого типу самоочищення атмосферного повітря відноситься сухе осідання. Швидкість осідання твердих частинок залежить від їх розміру, чим більший діаметр частинок, тим вища швидкість осідання. Для різних підстилаючих поверхонь швидкість осідання також відмінна. Найбільша – для води.

Ефект утримування ЗР зеленими насадженнями краще всього можна простежити на прикладі пилу і чадного газу. Встановлено, що на деревах, кущах і траві осідає до 70% пилу. Листя з шорсткою поверхнею утримують пилу в 3-6 разів більше, ніж листя із гладкою поверхнею. Відповідно у запилених районах перевагу при насадженні слід віддавати в’язу, ніж осоці і тополі.

Насадження дерев і кущів вздовж транспортних магістралей сприяє зниженню концентрацій чадного газу у приземному шарі повітря. Зменшення концентрації СО пояснюється здатністю оксиду вуглецю окислюватись у СО₂, а він, у свою чергу, бере участь у реакціях фотосинтезу.

У процесах очищення атмосферного повітря від домішок велика роль належить ґрунтовим бактеріям і мікроорганізмам. При температурі від 15 до 35 мікроорганізми перетворюють на 1 м² біля 80 тони СО у СО₂. У приземному шарі за рахунок діяльності ґрунтових бактерій вміст оксиду сірки за 15 хв може знизитися більше ніж у 100 разів.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Потепління клімату	\|	Організація та проведення спостережень за забрудненням атмосферного повітря

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.