Соединения серы поступают в воздух в основном при сжигании богатых серой видов горючего, таких, как уголь и мазут. Образующиеся окислы серы загрязняют воздух во
| скачать Загрязнение воздуха окислами серы и твердыми частицами Окислы серы Сера попадает в воздух при сжигании нефти и угля Соединения серы поступают в воздух в основном при сжигании богатых серой видов горючего, таких, как уголь и мазут. Образующиеся окислы серы загрязняют воздух во многих районах США. Будучи рассеянными в атмосфере посредством высоких дымовых труб, эти окислы становятся основной причиной кислотных дождей. Тем не менее топливо, при сгорании которого образуются окислы серы, необходимо для получения тепла, электричества и энергии для приведения в действие различных машин. Не все виды топлива содержат значительные количества серы. В углях некоторых сортов содержится всего 0,5% серы, тогда как в других-до 6%. Уголь широко используется в производстве стали, но в первую очередь он применяется как топливо для получения пара и последующего генерирования электрической энергии. Среднее содержание серы в углях, идущих на получение электроэнергии, составляет 2,5%. Однако уголь, используемый для производства стали, должен содержать гораздо меньше серы. Вот почему долговременные контракты на поставки угля сталелитейной промышленности заключаются в США главным образом с компаниями, добывающими уголь с низким содержанием серы. При сгорании в топках электростанций каждого миллиона тонн угля выделяется 25 тыс. т серы. Разумеется, эта сера выделяется не в элементарной форме, а главным образом в виде сернистого газа-двуокиси серы. В 1985 г. для получения электроэнергии в топках электростанций было сожжено 645 млн. т угля. Сколько же серы при этом выделилось в воздух? Сера также содержится в сырой нефти, однако ее содержание не превышает 1%. При перегонке нефти большая часть серы из продуктов перегонки, таких, как керосин и бензин, удаляется. Содержащие серу отходы сжигаются в процессе перегонки. Проезжая мимо перегонных установок, вы сразу увидите эти сернистые отходы, горящие на вершине высокой металлической трубы. Вот почему керосин и бензин делают лишь небольшой вклад в выбросы окислов серы, попадающих в атмосферу. Например, в США из ежегодного выброса соединений серы лишь около 5% приходится на бензин и керосин. Нефть, используемая для отопления домов, также содержит сравнительно низкий процент серы: в среднем около 0,25%. П  ри перегонке нефти большая часть серы переходит в мазут – самую тяжелую фракцию перегонки. В нем может содержаться от 0,5 до 5,0% серы, хотя посредством дополнительных процедур перегонки содержание серы в мазуте можно еще уменьшить. При перегонке малосернистой нефти получается и малосернистый мазут. Мазут используется для отопления жилых домов и различных учреждений, таких, как школы и больницы. Вплоть до начала семидесятых годов мазут широко применялся в качестве топлива для тепловых электростанций из-за сравнительно низкой цены и малого содержания серы.В отличие от нефти и угля природный газ практически не содержит серы. С этой точки зрения газ является экологически чистым топливом. В 1983 г. при сжигании угля и нефти тепловые электростанции выделили 16,8 млн. т серы, или 87% всех окислов серы (20,8 млн. т), выброшенных в атмосферу в том году (рис. 8.1). Соединения серы попадают в воздух также от очистных и литейных предприятий, а также многих других источников. Рис. 8.1. Тенденции в изменениях количества выбросов окислов серы в атмосферу. Даже при широком использовании технологий, уменьшающих выбросы, возрастание потребления угля в качестве топлива сохраняет достаточно высокий уровень выбросов. То, что на рисунке обозначено как «Сжигание топлива», включает сжигание угля и нефти на электростанциях, заводах и фабриках, а также использование угля и нефти для обогревания жилых домов, учреждений, производственных помещений и т. п. Эти стационарные источники необходимо отделять от подвижных источников, таких как автомобили, тракторы, поезда и самолеты. Область, обозначенная на рисунке «Промышленные процессы», охватывает поступление в атмосферу окислов серы вследствие таких процессов, как выплавка металлов из руд (учитывается сера, портупающая из самих руд, а не из топлива, используемого в ходе плавки). (По данным Агентства охраны окружающей среды США.) Окисление серы и образование едкого кислотного тумана При сжигании угля или нефти сера, содержащаяся в них, окисляется. При этом образуются два соединения: двуокись серы и трехокись серы (рис. 8.2). В процессе первоначального горения топлива до трехокиси окисляется менее 3% серы. Оставшаяся часть превращается в двуокись серы-первичную форму, в которой сера поступает в атмосферу. Здесь двуокись серы постепенно окисляется кислородом воздуха до трехокиси. Образовавшаяся трехокись сразу же реагирует с водяным паром, образуя серную кислоту (Н28О4), которая присутствует в воздухе в виде легкого тумана, состоящего из крошечных капель. Этот туман обладает высокой корродирующей способностью и разъедает многие материалы, в том числе такие строительные материалы, как мрамор и известь. Двуокись серы, образующаяся при сжигании топлива, тоже вступает в реакцию с парами воды, образуя сернистую кислоту (Н28О3). Эта слабая кислота в свою очередь постепенно реагирует с кислородом воздуха, образуя серную кислоту. Итак, серная кислота в воздухе образуется двумя путями. В сухом воздухе образуется главным образом трехокись серы и затем серная кислота; а при высокой влажности образуется в основном сернистая кислота, которая затем окисляется до серной. При сжигании топлива образуются также окислы кальция и железа. Эти окислы попадают в атмосферу в больших количествах при сжигании угля, но при сгорании нефти их образуется гораздо меньше. Попавшие в атмосферу окислы обычно вступают в реакцию с серной кислотой с образованием частиц сульфатов кальция и железа. Таким образом, при реакции окиси кальция с серной кислотой образуются сульфат кальция и вода. Окислы железа вступают в реакцию аналогичным образом. Эти реакции представлены на рис. 8.2. Количество содержащихся в городском воздухе частиц сульфатов и капелек серной кислоты может достигать от 5 до 20%. Полагают, что большая часть двуокиси серы превращается в сульфаты и серную кислоту в течение нескольких дней после ее выброса в атмосферу. За это время ветры могут отнести эти загрязнения на сотни километров от места их выброса. Воздействие на материалы, растения и людей Многие материалы под действием взвеси капелек серной кислоты разрушаются. Помимо строительных материалов, содержащих углекислый кальций, таких, как мрамор или известняк, подвергаются коррозии также металлы, в частности сталь, медь и алюминий; активно разрушаются ткани и одежда. Высокая концентрация двуокиси серы и ее производных вызывает серьезное повреждение растительности. В тех местах, где содержание серной кислоты в воздухе достигает значения порядка 3000 мкг-м"3, листья, хвоя и другие растительные ткани выглядят побелевшими. Постепенно листья и хвоя приобретают вид обожженных, становятся красновато-коричневыми и опадают. Плавильные печи, в которых очищают медные и свинцовые руды, содержащие серу, способны загрязнять выбросами газов обширные районы. Например, поразительное зрелище почти полного отсутствия растительности можно наблюдать в окрестностях обогатительного комбината «International Nickel Companu» в Садбери (пров. Онтарио). Даже когда среднее содержание двуокиси серы составляет всего 100мкг*м -3, что нередко имеет место в городах, растения могут приобретать желтоватый оттенок. Фруктовые деревья, такие, как яблони и груши, а также лесные, такие, как сосна желтая или лиственница американская, чувствительны к повреждениям от окислов серы. Весьма чувствительны к окислам серы хлопчатник, люцерна и ячмень. Считают, что высокое содержание окислов серы в воздухе непосредственно влияет на увеличение заболеваемости людей и даже на рост смертности. Во всех случаях катастрофического загрязнения атмосферы в Нью-Йорке, Осаке и Лондоне исследователи неизменно отмечали увеличение смертности вслед за периодами высоких концентраций окислов серы в воздухе. Воздействие на здоровье людей окислов серы и пылевых частиц трудно отделить друг от друга, поскольку оба эти типа загрязнений обычно действуют совместно. Их совокупный эффект рассматривается ниже в этой главе.  Отмечено, что заболевания дыхательных путей, например бронхиты, учащаются при повышении уровня Окислов серы и воздухе. В одном из исследований было обнаружено, что даже в районе, где средняя годовая концентрация окислов серы составляла всего 100 мкг-м -3, количество заболеваний заметно возросло. До недавнего времени подобные уровни наблюдались во многих районах США, а в Питтсбурге и Солт-Лейк-Сити только сейчас понизились до этого уровня. Чтобы оценить, насколько значительно было загрязнение воздуха окислами серы в прошлом и в каком состоянии мы находимся сейчас, необходимо познакомиться со стандартами качества воздуха для этих загрязнений. Суточный (установленный за сутки наблюдений) стандарт для окислов серы, принятый в 1971 г. и опирающийся на показатели здоровья человека, составляет 365 мкгм~3, причем этот уровень не должен превышаться более одного раза в течение года. Считают, что о загрязнении необходимо предупреждать, когда 24-часовое среднее значение превышает 800 мкг*м-3. Годичный стандарт, т.е. усредненное значение за год, составляет 80 мкг*м -3. В сельской местности фоновая концентрация близка к 0,5 мкг*м-3, однако концентрация в городах в 50-100 раз выше. В Чикаго, например, в 1954 г. концентрация окислов серы составляла 470 мкг-м-3, что совершенно ненормально. Уровень окислов серы в воздухе Чикаго существенно снизился после установления стандартов качества воздуха в 1971 г. Во время известного лондонского тумана в 1952 г. концентрация окислов серы в воздухе достигла 4000 мкг*м -3. При катастрофическом загрязнении воздуха в Нью-Йорке средняя концентрация за один день составила 2500 мкг*м-3. Такие концентрации все еще встречаются в некоторых районах мира. В Анкаре (Турция) в январе 1982 г. в течение нескольких дней содержание окислов серы в воздухе достигало 2835 мкг*м-3. Чтобы уменьшить выбросы серы в атмосферу, было приказано закрыть все промышленные предприятия и деловые учреждения, за исключением больниц и пекарен. Проблема загрязнения воздуха в Анкаре является хронической, поскольку в городе в качестве топлива используется слишком много богатых серой угля и нефти. Было отчетливо показано, что окислы серы вызывают затруднение дыхания из-за возрастающего сопротивления проходу воздуха по дыхательным путям. Уже одно это может служить достаточным основанием для борьбы с выбросами окислов серы в атмосферу. Однако двуокись серы дает и дополнительный эффект. В экспериментах на крысах было показано, что этот газ оказывается коканцерогеном. В присутствии бензапирена двуокись серы увеличивает частоту появления раковых опухолей. В настоящее время нет достаточных данных, чтобы считать двуокись серы канцерогеном или коканцерогеном для человека, но подозрения на этот счет имеются. (Канцерогены будут рассмотрены ниже в этой главе.) Наконец, двуокись серы является главным фактором, обусловливающим образование кислотных дождей, которые закисляют озера, и которые, как полагают, ответственны за широкомасштабную гибель лесов в США, Канаде и европейских странах. Пути уменьшения выбросов двуокиси серы ОЧИСТКА УГЛЯ ОТ СЖИГАНИЯ. Помимо использования дорогого угля с малым содержанием серы выбросы двуокиси серы электростанциями можно уменьшить, если очищать уголь от серы еще до его сжигания. В угле сера содержится в двух формах: неорганической и органической. Неорганическая сера присутствует в виде пиритов, т. е. сульфидов металлов, в частности сульфида железа, называемого также железным колчеданом. Органическая сера химически связана с углеродом природного угля. Для удаления неорганической серы достаточно специальной промывки угля, проводимой в несколько этапов. Для удаления органической серы требуется химическая обработка. Сера в виде пиритов (сульфидов металлов) может составлять от 30 до 70% общего содержания серы в угле, но обычно органическая и неорганическая сера присутствует в равных количествах. Для очистки угля от неорганической (минеральной) серы его предварительно дробят, чтобы обнажить жильные породы. Затем раздробленный уголь смешивают с водой в большом резервуаре. Пирит имеет большую плотность, чем уголь, и потому оседает на дно быстрее; очищенный уголь собирают в верхней части резервуара. Таким способом можно обработать за 1 ч 500-1000 т угля. Промывка-один из наиболее эффективных способов освобождения добытого угля от большей части содержащихся в нем пиритов. ХИМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА - это общее название достаточно разнообразных процессов, направленных на удаление органической серы, связанной с углеродом угля. Специалистами уже предложено несколько десятков процессов, причем с помощью некоторых химических способов удаляют как серу в пиритах, так и часть серы, связанной в органических соединениях. Один из перспективных методов разработан Бательским мемориальным институтом. Предложенный институтом метод предполагает обработку мелко раздробленного угля, добытого из шахты, водой, содержащей гидроксиды натрия и кальция. После такой обработки при высоких давлении и температуре уголь очищается от большей части пиритов и половины органической серы; эти примеси остаются в растворе. Затем уголь промывают и высушивают, после чего он готов к употреблению. Описанный метод позволяет превратить уголь, добываемый в восточных штатах США и характеризующийся высоким содержанием серы, в приемлемое топливо для тепловых электростанций, работающих на угле. Такой уголь можно сжигать в топках без необходимости затем улавливать двуокись серы из выходящих в дымоход газов, но чтобы использовать его в крупных масштабах, следует удешевить этот метод. Процесс, посредством которого можно, по-видимому, удалять до 60% органической серы, называется очищением угля в растворе. Добытый из шахты уголь смешивается с органическим растворителем антраценом. Примерно 95% углерода растворяется в антрацене. Этот раствор подвергается действию высоких температуры и давления, а затем обрабатывается водородом. После этого чистый уголь можно получить либо в твердом виде, либо в виде жидкости. Твердая фаза, черная и хрупкая, имеет зольность менее 1%, хотя зольность необработанного угля варьирует в пределах от 8 до 20%. Содержание серы уменьшается до менее 1%, а теплотворная способность возрастает на 30%. Очищающий уголь растворитель возвращается обратно в рабочий процесс, обеспечивая тем самым хорошие перспективы новому методу. Существенное уменьшение содержания серы и снижение зольности практически до нуля делает возможным исключить не только улавливание вредных примесей из отходящих газов (скруббирование), но и электростатическое осаждение взвешенных частиц. ГАЗООЧИСТИТЕЛИ1 Большое число методов уже разработано и разрабатывается в настоящее время для улавливания двуокиси серы из отходящих дымовых газов. Действие различных по конструкции газоочистителей основывается на химических реакциях двуокиси серы, содержащейся в дымовых газах электростанций, работающих на угле. Соединения, образующиеся в ходе этих реакций, можно либо сбрасывать в отходы, либо использовать как продукт, находящий сбыт. Из более чем 50 испытанных процессов очистки дымовых газов от серы единственным, прошедшим все проверки и оказавшимся надежным, признан процесс орошения отходящих газов известковым молоком. Примерно 85% газоочистителей, действовавших в 1982 г., были именно такого типа. В этих устройствах выходящие из топки газы пропускаются через разболтанную смесь известняка и извести с водой. Двуокись серы поглощается этой смесью и реагирует с ней, образуя сульфит кальция и сульфат кальция (гипс). Дымовые газы не только очищаются от двуокиси серы (примерно на 80%), но и на 90% освобождаются от золы. Правда, при этом дымовые газы настолько охлаждаются, что их приходится заново нагревать, чтобы обеспечить тягу в дымовых трубах и выброс этих газов в атмосферу. Образующиеся продукты очистки в виде густой массы должны быть как-то использованы. Из-за полужидкой консистенции отходов их трудно напрямую применять в качестве планировочного материала при земляных работах. Однако добавление летучей золы - еще одного вида отходов на электростанциях - превращает скрубберные отходы в материал, напоминающий глину. Поскольку проблема удаления и захоронения отходов из скрубберов представляется достаточно серьезной, весьма привлекательными оказываются скрубберные установки, дающие отходы в виде продуктов, имеющих спрос на рынке. Один из таких скрубберов производит серу высокой чистоты; другой - разбавленную серную кислоту. Последнюю невыгодно перевозить на большие расстояния, но высокочистая сера, которая находит применение при производстве таких продуктов, как лекарственные препараты, промышленные реагенты и удобрения, допускает и далеких потребителей. Еще один вариант объединяет обогащение и очистку угля и обработку скрубберами. Очистка угля от минеральной серы требует небольших затрат, но ограничивается удалением лишь той доли серы, которая содержится в пиритах (сульфидах металлов). Если эту долю серы удалить, а дымовые газы, образовавшиеся при сжигании такого очищенного угля, пропустить через скруббер, то уровень оставшейся двуокиси серы будет соответствовать стандартам на выбросы при вполне приемлемых затратах. Почти на всем протяжении семидесятых годов часть промышленников занимали весьма критическую позицию относительно скрубберов. Крупнейшая энергетическая компания страны - «American Electric Power» - активно финансировала (3,6 млн. долларов) агитационную кампанию, направленную против применения скрубберов. Утверждалось, что скрубберы неэффективны и дороги и дают громадное количество отходов. Однако, по мере того как скрубберы становились дешевле, их высокая эффективность признавались все шире. Предсказываемые горы отходов так и не появились. Типичной электростанции мощностью 1000 МВт, работающей на угле, требуется для размещения золы и скрубберных отходов 150-300 га, заполняемых в течение 30 лет. Агентство охраны окружающей среды оценило общую потребность в площади для размещения скрубберных отходов и условной золы в 7 тыс. га в 1985 г. и 25,5 тыс. га в 2000 г. В семидесятых годах противники установки скрубберов ратовали за применение очень высоких дымовых труб, которые обеспечивали бы значительно более далекое распространение в атмосфере выбросов дымовых газов, содержащих двуокись серы. Когда содержание двуокиси серы в приземных слоях атмосферы достигает опасного уровня, в котельных можно было бы сжигать уголь с малым содержанием серы, пока обстановка в атмосфере не улучшится. Другим вариантом была бы остановка генераторов, вырабатывающих электроэнергию на время повышенного загрязнения атмосферы. Противники установки скрубберов также предлагали подождать с установкой скрубберов, пока не станут ясными возможности очистки и обогащения угля перед сжиганием. В настоящее время применение скрубберов - общепринятая технология, хотя сопротивление кое-где еще сохранилось. К 1982 г. примерно 225 скрубберов (или установок для улавливания двуокиси серы из отходящих газов) либо уже работали, либо строились, либо проектировались. В целом эти установки обеспечивали производство 100000 МВт «чистой» электроэнергии на тепловых станциях, работающих на угле, что составляет 35% всей электроэнергии, производимой электростанциями, работающими на угле. Это примерно эквивалентно 100 мощным современным электростанциям, работающим на угле. В дальнейшем по мере разработки и строительства новых станций общее число скрубберов и аналогичных им установок будет возрастать. Еще одним способом эффективного удаления двуокиси серы является инжекция (ingection) поглотителей. Его коммерческая привлекательность пока не доказана, однако простота и относительная дешевизна этого способа делают его перспективным. Согласно одному из проектов, сухие размолотые материалы, выступающие в качестве реагентов, инжектируются (вводятся) в отходящие газы. Двуокись серы реагирует с сухим поглотителем (сорбентом) и образует сухое сернистое соединение, которое затем удаляется в специальной камере, подобно тому как из отходящих газов удаляется летучая зола. В другом проекте в отходящие газы вбрызгивается в виде капелек известковое молоко (смесь молотой извести с водой). В результате происходящих реакций образуются сульфат и сульфит кальция, которые высушиваются в горячем газе и затем удаляются как примесь пылевых частиц. Оба этих процесса перспективны, поскольку уменьшают объем отходов. КИПЯЩИЙ СЛОЙ Промывка угля (физическая очистка) и применение скрубберов - уже сложившаяся технология, способствующая уменьшению выбросов сернистого газа. Сжигание угля в кипящем слое - это новая технология удаления двуокиси серы, пока проходящая стадию испытания. При новом способе уголь по-прежнему сжигается в топках' котлов, однако предварительно он смешивается с гранулированным известняком и насыпается слоями на металлические поддоны. Воздух для поддержания процесса горения подается снизу, через отверстия в поддонах, и проходит через слои угля. Поток подаваемого воздуха настолько силен, что кусочки угля и известняка поднимаются над поддоном, как бы всплывая, подобно пене на поверхности кипящей воды (отсюда и название «кипящий слой»). Известняк реагирует с двуокисью серы, образующейся при горении угля; в результате образуются мельчайшие частицы сульфата кальция, которые перехватываются потоком отходящих газов и удаляются вместе с летучей золой, обычно в электростатических пылевых камерах. Температура горящего угля в кипящем слое ниже, чем температура горящего угля в обычной топке; поэтому при сгорании в кипящем слое образуется меньше окислов азота. В итоге сжигание в кипящем слое уменьшает содержание и окислов серы, и окислов азота по сравнению с обычной топкой. Демонстрации этого способа в промышленном масштабе в 1984 г. начались в Кентукки, Миннесоте и Колорадо. Эти три станции должны были быть введены в эксплуатацию в начале девяностых годов. Их успех принесет нам новую эффективную технологию. Успехи в борьбе с выбросами окислов серы Какие же успехи были достигнуты с начала семидесятых годов и какие проблемы остались нерешенными? В 1977 г. установленный стандарт содержания двуокиси серы превышался в Питтсбурге в 20% дней года. В том же году в Солт-Лейк-Сити стандарт нарушался в 50% дней, а предельный уровень - в 10% дней. К 1983 г. только в Питтсбурге не выдерживался средний за год стандарт, а также суточный стандарт содержания окислов серы. Во всех других крупных городах оба стандарта выполнялись. Прогресс представлялся очевидным. И все же успехи в уменьшении выбросов окислов серы с 1975 по 1983 г. оказались не столь существенными. К 1983 г. выбросы в масштабах страны снизились только на 20% относительно уровня 1975 г. (см. рис. 8.1). В настоящее время объем выбросов окислов серы имеет тенденцию к росту, по мере того как вступают в строй все новые электростанции, работающие на угле. Вместе с тем, хотя объем выбросов в атмосферу уменьшался достаточно медленно, качество воздуха в городских районах непрерывно улучшалось. Что же происходило? Объяснение кроется в географическом распределении окислов серы в атмосфере (см. разд. «Дискуссия 8.1»). Требование борьбы с загрязнением воздуха вынудило предприятия-загрязнители в городской местности изменить вид применяемого топлива или каким-то путем контролировать выбросы. Новые электростанции по необходимости строились в более удаленных районах. Выбросы серы в атмосферу распределялись по более обширным территориям. Кроме того, для выброса окислов серы в более высокие слои атмосферы устанавливались очень высокие дымовые трубы, с тем чтобы уменьшить содержание серы на уровне земли. В конечном итоге объем выбрасываемых в атмосферу окислов серы уменьшался, хотя и ненамного. По сути дела мы брали прежнее количество окислов серы и «убирали их куда-либо в другое место», и этим «другим местом» оказались горные озера и вечнозеленые леса. Из загрязнений, находящихся в приземном слое воздуха, мы сотворили кислотные дожди. Частицы в атмосфере Частицы, образующиеся при сжигании топлива и в производственных процессах Частицы, взвешенные в воздухе,- еще одно серьезное загрязнение атмосферы. В отличие от других загрязнений, которые мы рассматривали, частицы очень разнородны по своему химическому составу. В воздухе находятся в виде взвеси многие твердые и жидкие компоненты, весьма различные по происхождению. Движение транспорта, сжигание топлива, промышленные процессы и выбросы твердых отходов - все эти источники дают вклад в загрязнение атмосферы твердыми частицами. При сгорании угля образуются твердые частицы, диспергированные в воздухе, причем не только частицы золы (силиката кальция) и частицы углерода (сажа), но также частицы окислов металлов, таких, как окислы кальция и железа. Частицы окислов металлов могут реагировать с частицами кислотных туманов, состоящих из капелек серной кислоты. В результате образуются частицы сульфатов металлов. Капли серной кислоты сами по себе - продукт реакции трехокиси серы с парами воды. Таким образом, значительную долю загрязнений, образующихся при сгорании угля, составляют капельки кислоты и частицы сульфатов металлов (см. рис. 8.2). Количество частиц, поступающих в атмосферу при сгорании угля, чудовищно велико. Однако, к счастью для нас, большая часть этих частиц удаляется вместе с отходящими дымовыми газами. В 1983 г. в США было выброшено в атмосферу около 2 млн. т частиц от сгорания угля и нефти. Вероятно, непосредственно в ходе сжигания количество образующихся частиц было раз в семь больше указанного значения, но существенная доля их была удалена из дымовых газов и не попала в атмосферу. Однако 2 млн. т от сгоревшего топлива составляют примерно 30% общей массы частиц (6,9 млн. т), поступивших в атмосферу США в 1983 г. Отметим, что при сжигании нефти в качестве топлива образуется лишь незначительное количество золы. Если при сгорании около 500 кг угля образуется 35-55 кг золы, то при сгорании такого же количества нефти образуется всего около 1 кг золы. При сгорании бензина и дизельного топлива в воздух попадают капли жидкого горючего. Жидкие углеводороды (соединения углерода с водородом) и жидкие производные углеводородов попадают в атмосферу из-за неполного сгорания в двигателях бензина и дизельного топлива. Еще один тип загрязнений появляется в результате происходящих в воздухе фотохимических реакций между окисью азота и углеводородами. Продукты этих фотохимических реакций (или реакций, инициируемых солнечным светом) представляют собой жидкие органические соединения, которые рассеиваются в воздухе в виде мельчайших капелек. Огромные скопления в воздухе твердых частиц и мельчайших капелек называют смогом. Процессы, участвующие в образовании смога, аналогичны процессам образования тумана. Смог особенно характерен для таких городов, как Лос-Анджелес, где чрезмерно широко пользуются автомобилями. В начале семидесятых годов около 40% частиц, содержащихся в воздухе Лос-Анджелеса, было обязано своим происхождением автомобилям. Выхлопы автомобильных двигателей способствовали появлению в воздухе частиц свинца, источником которого является бензин, к которому для повышения октанового числа добавляются соединения, содержащие свинец. Открытые разработки угля и других полезных ископаемых загрязняют воздух огромными количествами частиц. Обогащение и обработка руд и выплавка металлов - дополнительные примеры промышленных процессов, при которых в воздух выделяется большое количество частиц. Различные процессы обработки материалов (дробление, размалывание, резание, сверление и т. п.) также служат источниками загрязняющих воздух частиц. Все эти производственные процессы, вместе взятые, могут привести к большим выбросам частиц в атмосферу, чем сжигание угля. В недавнем прошлом при строительстве зданий в воздух попало много частиц асбеста, который широко применялся для изоляции швов и обычно наносился путем распыления. В настоящее время применение асбеста запрещено, но он продолжает загрязнять атмосферу, когда сносятся старые постройки. Наконец, сжигание мусора и отходов в некоторых городах оказывается серьезным источником частиц, особенно в том случае, если установки для сжигания сосредоточены в одном месте. Физические и биологические эффекты, вызываемые частицами Частицы из воздуха могут оседать на поверхностях, придавая им пыльный неприглядный вид. Помимо запыления, частицы способны вызывать коррозию, действуя как центры, вокруг которых развиваются коррозионные процессы. Ежегодная очистка запыленных поверхностей обходится в солидную сумму. Капли серной кислоты повреждают ткани растений. Соединения, образующиеся в процессе фотохимических реакций, могут обжигать листья многих овощных культур, таких, как свекла, сельдерей, салат-латук и перец. Инертные (нереакционноспособные) частицы попросту загрязняют поверхность листьев растений. Частицы оказывают заметное воздействие на погоду. Они могут служить ядрами, на которых конденсируется водяной пар. Продолжительные туманы могут быть вызваны высокими уровнями содержания частиц в воздухе. В районах повышенного содержания частиц в атмосфере наблюдаются более частые дожди. Кроме того, частицы в атмосфере способны отражать обратно в космическое пространство солнечную энергию, поступающую на Землю. Именно этим эффектом можно объяснить небольшое, но заметное похолодание в Северном полушарии в последнюю четверть XX в. Недавние извержения вулканов Сент-Хеленс (США) и Эль-Чикон (Мексика) сопровождались такими выбросами частиц в атмосферу, в сравнении с которыми активность человека представляется карликовой. Однако эти извержения не увеличивают содержание частиц в воздухе наших городов, не считая редких исключений. Влияние на здоровье человека загрязнения воздуха твердыми частицами и окислами серы СМЕРТОНОСТНЫЙ ДУЭТ. Мы рассмотрим совместно действие окислов серы и твердых частиц по двум причинам. Во-первых, высокие уровни этих загрязнений были зафиксированы в нескольких наиболее серьезных по последствиям случаях загрязнения воздуха. Под «наиболее серьезными последствиями» мы имеем в виду большое число смертей и заболеваний. Во-вторых, известно, что окислы серы и твердые частицы в воздухе усиливают действие друг друга. Это означает, что когда и те, и другие присутствуют в достаточно больших количествах, их воздействие на здоровье людей становится более опасным, чем когда они присутствуют порознь. Почему окислы серы и твердые частицы появляются вместе в высоких концентрациях? Дело в том, что у них общий источник: сжигание угля. Уголь широко применяется не только как топливо на тепловых электростанциях; до второй мировой войны углем повсеместно отапливали дома в США. Окислы серы и пылевые частицы существенно осложняют болезни дыхательных путей. Когда впервые обнаружилось, что загрязнения, содержащиеся в воздухе, могут вызывать смерть, этими загрязнениями оказались окислы серы и частицы. В Меус-Валли (Бельгия) в 1930 г., в трагедии в Доноре (шт. Пенсильвания) в 1948 г. и во время знаменитого лондонского смога в 1952 г. удары наносил именно этот убийца. Сегодня больше ни у кого нет сомнений, что убийца - содержащиеся в воздухе окислы серы и присутствие большого количества частиц. Некоторое время мы не понимали, почему в этих трагических событиях действующими агентами всегда были окислы серы совместно с твердыми частицами. Давно было известно, что частицы действуют как ядра, на которых происходит конденсация паров воды. Теперь нам понятно, что окислы серы быстро растворяются в капельках воды, образуя кислый, все разъедающий туман. Именно этот туман из капелек серной кислоты вызывает у людей заболевания и порой приводит к смерти. Во время лондонского смога 1952 г. более 4000 смертей было отнесено на счет повышенного уровня загрязнений в воздухе. Число заболевших было, вероятно, значительно больше. Уровень содержания окислов серы в воздухе достигал 4000 мкг*м-3. Смертность оказалась наибольшей среди пожилых людей-группы населения, уже подверженной различным сердечным и легочным заболеваниям. Это, по-видимому, тот путь, посредством которого окислы серы и частицы влияют на здоровье человека: они осложняют течение уже имеющихся респираторных и сердечных заболеваний. И хотя большое число смертей во время и после тумана было вызвано такими респираторными заболеваниями, как воспаление легких и бронхиты, исследователи все же назвали основной причиной сильное загрязнение воздуха, поскольку число смертей было значительно большим, чем предполагалось в это время года. Четыре тысячи смертей, виновником которых был признан смог, - это дополнительное число смертей, которых могло и не быть в данное время года. Со времени этих трагических событий ученые накопили массу данных, среди которых имеются сведения о том, что отрицательное влияние на здоровье отмечалось даже при очень небольших уровнях загрязнения воздуха. Например, в Нью-Йорке было отмечено незначительное возрастание смертности, когда содержание двуокиси серы в воздухе (среднее за 24 ч) превышало 500 мкг*м-3. В соответствии со стандартом средний суточный уровень содержания двуокиси серы в воздухе установлен в 365 мкг*м-3, так что грань между стандартом, определяющим безопасный уровень, и избыточным содержанием, при котором смертность возрастает, оказывается совсем незначительной. При средней концентрации в течение года для каждого вида загрязнений в 100 мкг*м-3 или больше отмечалось повышенное число заболеваний бронхитом среди взрослого населения и респираторных инфекций среди детей. Средней стандартной концентрацией в течение года для окислов серы считается 80 мкг-м"3, а для частиц-75 мкг-м"3; таким образом, сколько-нибудь широкий интервал для загрязнений снова отсутствует. В период с 1960 по 1965 г. установленные стандарты превышались во многих крупных городах США. В 1983 г. около 44 городских и пригородных районов испытали действие превышения годовых стандартов на содержание частиц (рис. 8.3). Только Питтсбург и Солт-Лейк-Сити страдали от превышения годового стандарта на содержание окислов серы. В Лондоне после случая смертоносного смога годовые уровни содержания частиц были снижены с 300 до 50 мкг*м -3, а содержание окислов серы - с 300 до 200 мкг*м -3. К настоящему времени в Лондоне отмечается гораздо меньше заболеваний, связанных с загрязнением воздуха. Рис. 8.3. Города США, в которых не соблюдались стандарты на содержание твердых частиц в воздухе в 1981, 1982 и 1983 гг. Во многих городах (44) содержание частиц в период с 1981 по 1983 г. не достигало стандартов, основанных на безопасных для здоровья уровнях. В городах штатов Калифорния и Аризона уровни содержания частиц высоки, что объясняется главным образом присутствием в а  тмосфере капелек жидкости, связанных с фотохимическим загрязнением воздуха. В большей части других городов присутствие частиц в воздухе в основном определяется выбросами промышленных предприятий и электростанций.ТВЕРДЫЕ ЧАСТИЦЫ. Было бы неверно сказать, что частицы сами по себе не оказывают влияния на здоровье человека. Частота респираторных инфекций, таких, как катары верхних дыхательных путей и бронхиты, возрастает при увеличении содержания частиц в воздухе. Кроме того, было показано, что при высоких концентрациях частиц число смертей по сравнению с усредненным числом для данного времени года возрастает. Суточный средний стандарт безопасного для здоровья содержания частиц установлен в 260 мкг*м-3, и этот стандарт не должен превышаться более одного раза за год. При содержании в воздухе 375 мкг*м-3 частиц необходимо оповещение об опасном загрязнении воздуха; на этот период промышленные предприятия должны сократить или временно приостановить работу. СУЛЬФАТНЫЕ ЧАСТИЦЫ Сульфаты, о которых мы упоминали ранее, также осложняют проблему здоровья людей. Сульфатные частицы имеют минимальные размеры среди частиц, загрязняющих воздух в городах, и потому легко проникают в легкие. Вследствие своих малых размеров эти частицы дольше, чем частицы больших размеров, остаются взвешенными в воздухе, переносясь на большие расстояния, измеряемые сотнями километров. В состав сульфатных частиц входят капельки серной кислоты, а также сульфаты аммония, кальция, магния, железа и других металлов. Эти частицы формируются в результате химических реакций между различными веществами в воздухе, а не выбрасываются из различных очагов сжигания топлива. Сульфаты в воздухе не только влияют на здоровье людей, но и обусловливают образование кислотных дождей. Несомненно, значительная часть сульфатов в воздухе обязана своим появлением выбросам тепловых электростанций. До сих пор отсутствовали какие-либо стандарты качества воздуха в отношении содержания сульфатов. Правда, в 1975 г. в докладе Агентства охраны окружающей среды было высказано предположение, что вредное воздействие на здоровье людей начинает проявляться при содержании сульфатов в воздухе в количестве 10 мкг-м""3 (среднее значение за 24-часовой период). Данные о сульфатах в атмосфере не так многочисленны, как о других загрязнениях, однако измерения в августе 1977 г. показали, что почти везде на северо-востоке США содержание сульфатов в воздухе в течение 10 и более дней достигало 10 мкг•м-3 или даже превышало это значение. Высокие концентрации сульфатов наблюдаются в районах, где высоки уровни выбросов двуокиси серы, но их концентрация становится еще выше в периоды повышения в воздухе содержания озона-еще одного загрязнителя воздуха. Происходит это потому, что озон ускоряет окисление двуокиси серы до трехокиси и тем самым способствует образованию серной кислоты и сульфатов различных металлов. Дожди быстро вымывают сульфаты из воздуха, уменьшая их концентрацию. Высокие концентрации сульфатов не приурочены к определенным географическим районам, а имеют тенденцию широко распространяться, охватывая обширные области. Такое широкое распространение объясняется малыми размерами сульфатных частиц. Прежде чем они осядут на землю, ветры относят эти частицы дальше, чем более крупные. Связь между загрязнением воздуха твердыми частицами и развитием злокачественных опухолей Известно, что частицы, загрязняющие воздух, играют определенную роль в стимулировании респираторных заболеваний, однако, кроме того, полагают, что они являются канцерогенами. Канцерогеном называют вещество, которое вызывает рак у экспериментальных животных. Вместе с тем данные о том, что то или иное вещество вызывает рак, могут накапливаться на основе наблюдений за местными жителями, подвергающимися воздействию этих веществ. В качестве примера можно привести повышенный риск заболевания раком легких у работников, имеющих дело с асбестом. В загрязненном воздухе городов было обнаружено много канцерогенных веществ, однако мы не располагаем непосредственными данными о том, что эти загрязнения в тех концентрациях, в которых они присутствуют в воздухе, действительно вызывают раковые заболевания у людей. Тем не менее эти вещества относят к категории «подозреваемых», поскольку исследователи во многих странах обнаружили повышенное число заболеваний раком легких у горожан по сравнению с сельскими жителями. Вспомним, однако, что люди, живущие в городах, могут работать на определенных промышленных предприятиях или иметь различные привычки, например систематически курить. Поскольку в настоящее время достоверно известно, что курение - одна из основных причин рака легких, ученым необходимо было исключить фактор курения из своих наблюдений или ввести на него поправку. Однако и после введения соответствующих поправок заключение, что горожане чаще болеют раком легких, чем сельские жители, сохранило силу. В добавление к подобным исследованиям, проведенным в пределах отдельных стран, были изучены бывшие жители Великобритании, эмигрировавшие в США. Исследования подтвердили, что у людей, родившихся в Великобритании и переехавших на постоянное жительство в США, частота рака легких уменьшается на треть по сравнению с частотой этого заболевания у людей, постоянно проживающих в Великобритании, но еще превышает уровень этого заболевания у населения США в целом. Заслуживает упоминания тот факт, что вплоть до настоящего времени образ жизни в Великобритании имел определенные отличия от образа жизни в США. Уголь был основным видом топлива для обогрева жилых домов и общественных помещений; он же служил основным топливом на электростанциях, а также источником получения «городского газа», свойства которого во многом напоминали природный. Кроме того, на каждую 1000 жителей в Великобритании приходилось примерно в 2 раза меньше автомобилей, чем на такое же количество жителей в США. Из содержащихся в воздухе загрязнений наибольшие подозрения в канцерогенности падают на полициклические ароматические углеводороды, примером которых является бензпирен. Известно, что эти соединения вызывают рак у экспериментальных животных; в свободном или связанном с частицами сажи виде они обнаружены в воздухе городов как в США, так и в Великобритании. Методы борьбы с выбросами твердых частиц в воздух Для уменьшения выбросов частиц в атмосферу применяется много разнообразных устройств. В их числе - воздухоочистители, в которых оседает пыль; установки для дожигания, в которых сгорают частицы, а также электростатические пылеуловители, или электрофильтры. Эти установки, впервые примененные в США в 1923 г. для сбора летучей золы, теперь используются примерно на 1000 предприятий США. Действие электрофильтра основано, во-первых, на способности частиц золы приобретать электрические заряды в электрическом поле. По мере того как отходящие дымовые газы проходят мимо пластин фильтра, ионы или электроны, образующиеся при высоковольтном разряде, бомбардируют частицы пыли и передают им электрические заряды. Заряженные частицы пыли притягиваются и оседают на заземленных металлических листах-коллекторах. Эти листы периодически очищаются путем механических вибраций или встряхиваний (рис. 8.4). Такие установки способны собирать до 99% частиц, содержащихся в дымовых газах и работать при малых расходах электроэнергии; кроме того, обслуживание этих фильтров довольно просто. Альтернативой электрофильтрам служат воздушные вакуумные фильтры (рис. 8.5) с мешком из ткани, наподобие мешка, используемого в пылесосах. Такие фильтры имеют длинную историю применения на различных мельницах, асбестовых и цементных заводах. Несколько компаний в опытном порядке установили такие фильтры с целью оценки возможностей их применения на тепловых электростанциях. Принцип действия воздушного вакуумного фильтра несложен: это всего-навсего очень большой пылесос. Воздух всасывается через слой плотной ткани, которая задерживает частицы и пропускает только чистый воздух. Несмотря на высокую эффективность (свыше 99%), фирмы только недавно начали применять эту технологию очистки газов в сколько-нибудь значительных масштабах, Р  ис. 8.4. Электростатический пылеуловитель (электрофильтр). Загрязненный воздух пропускается между отрицательно заряженной проволокой и заземленными металлическими пластинами-коллекторами Частицы увлекаемые потоком воздуха, приобретают электрические заряды и оседают на пластинах, на которых и удерживаются. Периодически коллекторы очищаются путем встряхивания, и пыль с коллекторов сбрасывается в бункеры-накопители. Чистый воздух с помощью вентиляторов направляется в дымовые трубы. (Из Controlling Air Pollution American Lung Association 1974) Рис. 8.5. Промышленный вакуумный фильтр для удаления частиц. Установка высотой 11 м может включать до нескольких сотен отдельных фильтров в виде цилиндров, имеющих диаметр 30 см. На крупных предприятиях, например электростанциях, могут устанавливаться от 8 до 12 таких установок. Использование вакуумных фильтров перспективно, поскольку они позволяют удалять как частицы, так и окислы серы. ссылаясь на отсутствие опыта использования подобного оборудования. Первый воздушный вакуумный фильтр был установлен в 1973 г., однако к 1983 г. преимущества таких установок в удалении пыли стали ясны многим. В этом же году были введены в действие или разрабатывались свыше 100 установок на электростанциях суммарной мощностью 21 тыс. МВт, что эквивалентно 21 тепловой электростанции мощностью 1000 МВт каждая. Потребители начали убеждаться, что воздушные вакуумные фильтры превосходят электростатические по эффективности, надежности и стоимости. Кроме того, вакуумные фильтры можно использовать для удаления окислов серы. Применяя инжекцию сорбентов, можно превратить газообразную двуокись серы в твердые частицы сульфатов, которые эффективно удаляются вакуумными фильтрами. Удаление и частиц, и окислов серы за один технологический прием может значительно сократить расходы на очистку.  Рис. 8.6. Тенденция изменения объемов выбрасываемых в атмосферу частиц. Обратите внимание на то, что объемы выбросов частиц мало уменьшаются со временем. Улучшение качества воздуха по такому показателю, как содержание частиц, вряд ли изменится, если не будет взят курс на общее уменьшение выбросов. Обозначение «Сжигание топлива» относится к тепловым электростанциям. В период с 1975 по 1983 г. выбросы от электростанций уменьшились всего на 23%. За тот же период промышленные выбросы сократились на 54%. Различные методы борьбы с выбросами частиц в атмосферу уже нашли достаточно широкое распространение и существенно улучшили качество воздуха. Но хотя выбросы частиц начиная с семидесятых годов постоянно сокращаются, отчетливо заметно ослабление этой тенденции (рис. 8.6). Успехи в борьбе с выбросами частиц: битва в верхах Успехи в борьбе с выбросами частиц в атмосферу, кажется, застыли на месте: кривая, иллюстрирующая сокращение выбросов частиц, с середины восьмидесятых годов упорно не идет вниз (рис. 8.6). За двадцать лет, с 1960 по 1979 г., средняя концентрация частиц в воздухе, полученная путем мониторинга в большом числе городов, упала на 32%. Однако к концу семидесятых годов улучшение качества воздуха, определенного по уровню содержания загрязняющих частиц, явно замедлилось. В 1980 г. примерно 21% населения все еще проживало в районах, в которых были превышены годовые стандарты на содержание различных частиц (75 мкг*м -3). Согласно данным Национальной комиссии по качеству воздуха, в период с 1975 по 1979 г. концентрации частиц возросли в 16 ведущих регионах страны. Эти регионы включают Буффало, Балтимор, Сиэтл, Хьюстон, Сан-Луис, Денвер, Канзас-Сити (шт. Миссури) и Портленд (шт. Орегон). Кроме того, в пяти регионах страны суточные концентрации превышали установленные стандартом нормы свыше 140 дней из 365 в 1979 г.: Финикс (285 дней), Лос-Анджелес (202 дня), Лас-Вегас (175 дней), Тусон (156 дней), Спокан (146 дней). В докладе Национальной комиссии по качеству воздуха за 1981 г. отмечено, что многие городские районы не в состоянии достичь стандартов на содержание частиц в воздухе к 1982 г. На рис. 8.3 представлены 44 города с пригородами по всем США, которые были не в состоянии удовлетворить стандарты на содержание частиц в течение периода не меньше года в 1981, 1982 и 1983 гг. В пяти городах-Хьюстоне, Сан-Луисе, Денвере, Финиксе и Риверсайде (шт. Калифорния)-уровни содержания частиц в воздухе, по крайней мере в течение одного из трех указанных выше годов, вдвое превышали установленные стандарты. Предстоит не только очень серьезная борьба с загрязнением воздуха твердыми частицами, предстоит выработать новое отношение к этой проблеме, а именно осознать, что существующие в настоящее время стандарты качества воздуха на содержание частиц не отражают требований по защите здоровья населения. Нынешние стандарты устанавливаются как максимальная масса частиц в 1 м3. Удаление из воздуха крупных частиц способствовало бы достижению стандарта в некоторых городах, но вне контроля оставалось бы много малых частиц. Крупные частицы имеют меньше шансов попасть в легкие вследствие естественных механизмов защиты дыхательных путей, поэтому их удаление не столь существенно для уменьшения действия загрязнений на здоровье. Вместе с тем микрочастицы - меньше 2-3 микронов в поперечнике-с гораздо большей вероятностью проникают в легкие, серьезно угрожая здоровью людей, но в то же время давая незначительный вклад в массу взвешенных в воздухе загрязнений. Вот почему необходимы новые стандарты на содержание малых частиц в воздухе. Допустимые нормы загрязнения воздуха и общий обзор этих норм Комплекс стандартов на загрязнение воздуха - это основное средство, которое позволяет информировать население о качестве воздуха. Диктор радио или телевидения может сообщить, что Департамент здравоохранения штата объявил качество воздуха средним, хорошим или неудовлетворительным для здоровья. Среднее качество воздуха означает, что содержание одной или более примесей в воздухе превышает 50% установленного стандартом значения, однако ни одна из примесей не достигает 100%-ного стандартного уровня. Хорошее качество воздуха свидетельствует о том, что содержание ни одной из примесей не превышает 50% установленного стандартом значения. Существует одно исключение для озона: содержание этого газа измеряется отдельно; контрольные уровни его содержания приведены на рис. 8.7.  Рис. 8.7. Допустимые нормы загрязнения воздуха и категории качества воздуха. Объявление «Предупреждение», «Тревога» и «Критический уровень» делаются тогда, когда концентрация одного из загрязнений превышает установленный уровень, но не превышает значения, указанного для следующего, более опасного уровня. ЫААО.5 (№1юпа1 АтЫеги А1г ОиаНгу З^п^аго1)-установленный стандарт на качество воздуха (за годичный срок). (Данные из Р'ЛоХ №1юпа1 ЕгмгоптеШа! Ргоп1е, 1977, 11.5. Епу|гоптеп1а1 Рго1ес1юп Адепсу, ОсЮЬег, 1980.) Когда содержание одной или более примесей на 100% превышает установленное стандартом значение, но ни одна из примесей не превышает уровень загрязнения воздуха, при котором необходимы меры по его снижению, объявляют о неблагоприятном для здоровья качестве воздуха. В это время людям, страдающим заболеваниями легких или сердца, рекомендуется сокращать физические нагрузки и меньше выходить из дома. Даже у здоровых людей могут появиться признаки раздражений различного типа. ^ состояние объявляется, когда содержание одной или более из пяти основных примесей в воздухе превышает значение, указанное на рис. 8.7 в строке «Предупреждение», но при этом уровне ни одно из загрязнений не превышает значения, указанного в строке «Тревога». В это время качество воздуха определяется как очень неблагоприятное. Врачи рекомендуют людям с сердечнососудистыми и легочными заболеваниями, а также пожилым людям оставаться дома и уменьшить физические нагрузки. Состояние тревоги объявляется в том случае, если концентрация одного или более загрязнений превышает соответствующие значения в строке «Тревога», но не превышает значения в строке «Критическое состояние». В данной ситуации всему населению предписывается уменьшить активность вне дома. ^ объявляется тогда, когда концентрация одного или более загрязнений в воздухе превышает значение, указанное в строке «Критическая», однако ни одна из концентраций не превышает значений в строке «Опасно для жизни». В этом случае, помимо всех предыдущих рекомендаций, всем людям предписывается оставаться дома и уменьшить до предела физические нагрузки. Наконец, когда концентрация одного или большего числа примесей превышает значения, создающие непосредственную угрозу здоровью, качество воздуха достигает своего нижнего предела. Использование уличного транспорта может быть сокращено за счет закрытия всех учреждений, кроме жизненно важных и правительственных, закрытия банков, школ, продовольственных магазинов и т. д. Стандарты на основные загрязнения воздуха суммированы в табл. 8.1.   Тенденции в изменении качества воздуха Все мы прекрасно знаем: существуют «просто ложь, гнусная ложь и статистика». Мы представляем здесь две выборки статистических данных для всей страны о концентрации двуокиси серы и одну выборку - для концентраций частиц. Рис. Д.1 опубликован в широко распространенном бюллетене Агентства охраны окружающей среды США. Этот бюллетень, под названием «Тенденции в изменении качества воздуха в США», предназначен для широкой общественности. Рис. Д.2 помещен в техническом отчете того же Агентства. Этот отчет предназначен для исследователей и технических работников; доступ к нему общественности был нежелательным. Н  а рис. Д. 1 мы добавили две сплошные черные линии, чтобы обозначить тот же период времени, который представлен на рис. Д.2. Рис. Д.1 дает нам картину впечатляющего успеха в борьбе за чистоту воздуха за период между 1964 и 1971 г. Обратите внимание на то, что нижняя часть этого графика (показана штриховой линией) явно исчезла, хотя при подготовке графика она, несомненно, существовала. Беглый взгляд на рис. Д.1 создает впечатление, что уровни загрязнений стремятся к нулю, хотя на самом деле это не так. Впечатление быстрого прогресса достигается сжатием временного масштаба, в котором представлена кривая резкого снижения. Это впечатление усиливает также увеличение масштаба по вертикальной оси, в котором представлено изменение концентрации. По оси времени на рис. Д.1 отложено 25 лет, а на рис. Д.2-только 9 лет. На рис. Д.2 показано лишь постепенное и отнюдь не столь воодушевляющее улучшение ситуации; кроме того, здесь полностью представлена нижняя часть графика.Рис. Д.1. Средняя за год концентрация двуокиси серы по данным большого числа станций, ведущих мониторинг.  Рис. Д.2. Средние концентрации двуокиси серы по данным тех же 32 станций мониторинга, что и на рис. Д.1. Этот график был предназначен для узкого круга ученых и инженеров.  Рис.Д.3. Содержание частиц в атмосфере постепенно снижалось начиная с 1960 г. Этого мало. На рис. Д.2 показан разброс данных, использованных для вычисления среднего. В расчет среднего вошли как самые высокие, так и самые низкие значения. Для расчета тенденции изменений концентрации использовалось несколько очень низких значений, соответствующих очень высокому качеству воздуха. Ни одно из самых высоких значений, представляющих наиболее низкое качество воздуха, ни самое низкое значение не показаны на рис. Д.1. При отсутствии данных о самом низком качестве воздуха создается впечатление, что все идет прекрасно. В том же самом бюллетене данные о концентрациях частиц в воздухе представлены в такой же манере; этот график из «Тенденций в изменении качества воздуха в США» воспроизведен на рис. Д.З. Штриховыми линиями дорисована та часть графика, которая исчезла при публикации в бюллетене. Мы также добавили к графику уровни, соответствующие стандартам на основе требований Департамента здравоохранения. Если не обращать внимания на нижнюю (исчезнувшую) часть графика, то беглый взгляд на рис. Д.З позволит заключить, что осталось сделать немного, чтобы добиться решения проблемы, - очистить воздух от примеси частиц. Насколько ошибочен этот вывод, можно убедиться, вновь взглянув на рис. 8.3. Резюме Окислы серы поступают в воздух в основном в результате сжигания угля в топках тепловых электростанций; сера содержится в каменном угле в виде примеси. В воздухе окислы реагируют с парами воды и образуются крошечные капельки сернистой и серной кислот. В свою очередь серная кислота взаимодействует с содержащимися в воздухе окислами кальция и железа, образуя сульфаты кальция и железа. Окислы металлов появляются в воздухе также в результате сжигания угля. Образовавшиеся таким путем твердые частицы и капельки могут составлять от 5 до 20% всех частиц в воздухе городов. Эти кислоты и частицы, которые также обладают кислыми свойствами, растворяют мрамор и известняк, вызывают коррозию металлов, разрушают ткани и губят растительность. Они также отрицательно влияют на здоровье людей и порождают кислотные дожди. Неорганическая сера в угле, например в форме сульфида железа (железного колчедана), может быть удалена путем дробления угля с последующей промывкой его в воде. Для удаления хотя бы части органической серы, химически связанной с углеродом каменного угля, могут быть использованы различные химические реагенты. Помимо удаления части серы непосредственно из самого угля, окислы серы также могут быть удалены из отходящих дымовых газов посредством скрубберов или инжекции подобранных сорбентов. Выбросы серы можно уменьшить за счет применения новых технологий, например сжигания в кипящем слое. Хотя качество воздуха, оцениваемое по содержанию окислов серы, существенно улучшилось за последние 15 лет, в 1983 г. полный выброс окислов серы в атмосферу уменьшился всего примерно на 20% по сравнению с 1975 г. Многие источники загрязнения воздуха окислами серы за этот период были просто перемещены с одного места на другое-из городских районов в сельскую местность. В отличие от окислов серы твердые частицы, взвешенные в воздухе, имеют гораздо более разнообразное происхождение. Большие количества их образуются при сжигании каменного угля, но не меньшее количество дают различные промышленные производства, например добыча полезных ископаемых и обогащение руд, производство металлов, строительство. Транспортные средства выбрасывают в воздух частицы свинца, капельки углеводородов; эти выбросы обусловливают образование фотохимического смога. Твердые частицы поступают в воздух при сжигании отходов и постепенном выветривании различных построек, при строительстве которых в той или иной форме использовался асбест. Частицы загрязняют различные поверхности и поражают растения. Они влияют на метеорологические условия, образование туманов, а также воздействуют на климат, отражая значительную долю солнечного излучения от Земли в космическое пространство. Частицы и окислы серы, действуя-совместно, вредно влияют на здоровье людей. Частицы в воздухе служат ядрами конденсации, на которых формируются водяные капли; серная кислота быстро растворяется в этих каплях, образуя едкий туман. Частицы сульфатов (сульфаты железа и кальция) также отрицательно действуют на здоровье. Кроме того, частицы в воздухе могут создавать дополнительный канцерогенный потенциал в городском воздухе, хотя прямых доказательств этой четко проявляющейся в экспериментах на животных связи пока нет. Выбросы частиц тепловыми электростанциями можно уменьшить на 99% путем применения электрофильтров (электростатических пылеуловителей) или вакуумных воздушных фильтров. Концентрации частиц в воздухе за последние 20 лет уменьшились почти втрое, однако 21% населения США все еще живет в районах, где систематически превышаются установленные стандарты на содержание частиц. Эти стандарты, основанные на измерении массы пыли в стандартном объеме, могут не учитывать наличие малых частиц, которые особенно вредно влияют на здоровье людей. В соответствии со стандартами на загрязнение воздуха качество воздуха квалифицируют как хорошее, среднее и неблагоприятное для здоровья, в зависимости от степени, в которой различные загрязнения воздуха превышают установленные стандарты. При наличии более высоких уровней примесей средства связи предупреждают население о возможных более серьезных последствиях: последовательно объявляются предупреждение, тревога, критический уровень, опасные для жизни условия. Московский Авиационный институт (Технический университет) Кафедра 301 Реферат На тему: Загрязнение воздуха окислами серы и твердыми частицами Выполнил студент гр. 03-103 Хромов Алексей Проверил Рыбников С.И. Москва, 2005 г. 1 Их называют еще скрубберами. К сожалению, термин скруббер (скрести) не дает достаточно адекватного отражения процесса, происходящего в установке.
|
хорошо
1 