Источники загрязнения атмосфера: Основные источники загрязнения атмосферного воздуха

Содержание

Основные источники загрязнения атмосферы в крупных городах России

На территории нашей страны загрязнение воздуха происходит в основном из-за функционирования предприятий таких сфер, как: теплоэнергетика, производство черных металлов, добыча нефти и ее химическая обработка, транспортные перевозки, производство цветных металлов и строительных материалов.

Что касается западных стран, то там влияние разнообразных предприятий на состояние атмосферы другое. Например, в ФРГ, Соединенных Штатах, Великобритании больший урон атмосфере наносят автомобили (50-56%), а теплоэнергетика приводит к появлению всего лишь 16-20% загрязнений.

Самые опасные антропогенные источники, загрязняющие атмосферу

Рассмотрим подробнее основные искусственные (антропогенные) загрязнители воздуха:

Электростанции и котельные

Во время сгорания твердого или жидкого топлива происходит образование дыма, в котором присутствуют компоненты полного и неполного сгорания. Их объем – значительный. Если говорить о степени экологичности топлива, то наиболее низка она у твердых его видов. Жидкое топливо и особенно газ гораздо более безопасны для окружающей среды. Современные предприятия и котельные интенсивно работают в направлении перестройки работы с целью использовать только безопасное топливо.

Во время работы атомных электростанций в атмосферу попадает большое количество самых разных токсичных соединений. Система отопления жилых зданий также играет большую роль в загрязнении окружающего нас воздуха. В ходе работы котельных выделяется много продуктов частичного сгорания, которые в больших количествах оседают на территориях вблизи мест сгорания. Происходит это из-за того, что трубы предприятий не имею достаточной для правильного удаления дыма высоты.

Металлургия – черная и цветная

Работа предприятий данной сферы становится причиной масштабных выбросов загрязняющих веществ, в том числе и в составе парогазовых смесей.

Химическая промышленность

Приводит к появлению относительно небольшого количества вредных компонентов – всего 2% из всех выбрасываемых в воздух. Однако они весьма опасны, потому что очень токсичны, концентрированы и разнообразны. Выбросы химических предприятий представляют собой значительную угрозу как для человека, так и для всего живого.

Автомобили

Автомобили – это самые основные искусственные источники загрязнения атмосферы в крупных городах. Всего в мире используется несколько сотен миллионов машин, потребляющих огромное количество продуктов переработки нефти. Двигатели автомобилей, особенно старые-карбюраторные, выделяют много видов вредных веществ. Производителями автомобилей в наши дни введено в эксплуатацию много технических средств для снижения количества опасных выбросов. Так, современные двигатели можно настраивать, что приводит к уменьшению числа вредных компонентов в выхлопных газах в полтора раза. Если применить специальные нейтрализаторы, то газ и вовсе станет безопаснее в 6 раз.

А что еще загрязняет нашу атмосферу?

Кроме перечисленных, воздух постоянно загрязняют и предприятия таких сфер, как добыча различного минерального сырья, газа и нефти, и, конечно, мусоросжигательные заводы. Сельская хозяйство также является местом выброса опасных веществ. Они выбрасываются фермами, производящими мясо животных и птицы, хозяйства, использующие пестициды и пр.

Естественные источники загрязняют атмосферу реже, зато наносят заметно больший урон. Вспомним хотя бы дым от крупных лесных пожаров, которые несколько лет назад прокатились по Московской области и по всей России.

См. также:

Космический мусор вокруг земли: классификация, способы утилизации
Как производится утилизация энергосберегающих ламп
Мусоровозы с боковой загрузкой: принцип работы, разновидности, видео

Исследование загрязнения атмосферы по космическим снимкам Sentinel-5P

Sentinel-5 Precursor (Sentinel-5P) ― космический спутник, запущенный в 2017 году Европейским космическим агентством (ESA) с целью ежедневного глобального наблюдения за химическим составом атмосферы Земли, содержанием и распространением в ней основных загрязнителей и парниковых газов.

Основная полезная нагрузка спутника ― сенсор TROPOMI (Tropospheric Monitoring Instrument), выполняющий сбор данных в ультрафиолетовом (UV), видимом (VIS), ближнем (NIR) и среднем инфракрасном диапазонах (SWIR). Пространственное разрешение сенсора варьируется от 1,8 до 28 км, но для большинства каналов составляет 7х7 км (таблица 1). В канале №1 больший размер пикселя объясняется низким соотношением сигнал/шум в этом диапазоне спектра. Временное разрешение сенсора составляет всего 1 день при глобальном охвате.

Таблица 1. Характеристики сенсора TROPOMI

Канал №	Спектр	Спектральный диапазон, нм	Пространственное разрешение, км
1	UV1	270–300	21х28
2	UV2	300–320	7х7
3	UVIS	310–405	7х7
4	VIS	405–500	7х7
5	NIR1	675–725	7х7
6	NIR2	725–775	7х1,8
7	SWIR	2305–2385	7х7

Данные Sentinel-5P доступны в двух уровнях обработки: Level 1B и Level 2. Level 1B представляет собой значения спектральной яркости по восьми каналам отдельно, по двум в каждом из диапазонов UV, VIS, NIR и SWIR. Отдельно поставляются агрегированные данные по диапазонам UV-VIS-NIR (UVN) и SWIR. Данные Level 2 показывают содержание основных загрязнителей и парниковых газов:

Общее содержание О₃ в атмосфере (L2__O3).
Содержание О₃ в тропосфере (L2__O3_TCL).
Содержание NО₂ в тропосфере и общее (L2__NO2).
Общее содержание SО2 (L2__SO2).
Общее содержание CO (L2__CO).
Общее содержание CH₄ (L2__Ch5).
Общее содержание HCHO (L2__HCHO).
Индекс аэрозольного загрязнения (L2__AER_AI).

Содержание газов в продуктах определяется в моль/кв. м вертикального столба тропосферы/атмосферы, но для удобства значение можно переводить в мкмоль/кв. м. Помимо этого, Sentinel-5P предоставляет много второстепенных данных, таких, как доля облаков, альбедо поверхности, скорость ветра и т. д. Данные поставляются в формате NetCDF (Network Common Data Form), поэтому для их обработки и географической привязки необходимо специальное программное обеспечение и знание основ программирования.

Поскольку пространственное разрешение данных Sentinel-5P невысокое, то исследования загрязнения атмосферы можно проводить, начиная с регионального масштаба. Однако наиболее оптимальными являются исследования в масштабе страны, континента или глобальные.

По данным Sentinel-5P можно картографировать загрязнения атмосферного воздуха диоксидом азота (NО₂), который также является и индикатором содержания и монооксида азота (NO). Диоксид азота получается при окислении монооксида азота, который в свою очередь образуется из атмосферного азота и кислорода при высоких температурах, соответственно поступление этого соединения в атмосферу связано со сжиганием ископаемого топлива. В природе это соединение образуется в основном во время грозовых разрядов или при разложении биомассы. Однако величины образования природного диоксида азота невелики, что позволяет легко картографировать антропогенное загрязнение NО₂.

Основные антропогенные источники загрязнения атмосферного воздуха:

Автотранспорт.

Тепловые электростанции (ТЭЦ).
Металлургические предприятия.
Химические предприятия.

На распространение загрязнения влияют атмосферные условия, такие, как давление воздуха, скорость и направление ветра, вертикальное распределение температуры и т. д.

Загрязнение диоксидом азота

Из-за контрастности естественных и антропогенных источников загрязнения диоксид азота является самым удобным атмосферным загрязнителем для картографирования из космоса. На рисунке 1 показано загрязнение тропосферы Центрального федерального округа диоксидом азота за 6 июня 2019 года. Пространственное разрешение изображения примерно 5 км.

Рис.

1 Содержание диоксида азота в тропосфере по данным Sentinel-5P на примере Центрального федерального округа

Выбросы промышленных предприятий

Московская агломерация очень сильно выделяется по загрязнению тропосферы диоксидом азота из-за огромной плотности автомобильного транспорта и обилия промышленных предприятий. Содержание диоксида азота в Московском регионе в 10–40 раз выше фоновых значений. Диоксидом азота загрязнена тропосфера над крупными ГРЭС: Конаковской, Костромской и Каширской. Сильно превышена концентрация NО

2 над Липецком и Рязанью, где расположены Новолипецкий металлургический комбинат и Рязанский нефтеперерабатывающий завод соответственно. На общем фоне определяются и крупные цементные заводы, где оксиды азота образуются при обжиге и спекании компонентов смеси.

Рис. 2 Содержание диоксида азота в тропосфере по данным Sentinel-5P на примере Московской области

Источники загрязнения воздуха | Агентство по контролю за загрязнением Миннесоты

Обычно, когда люди думают об источниках загрязнения воздуха, они думают о зданиях с большими дымовыми трубами, таких как электростанции и фабрики. Только около четверти загрязнения воздуха в Миннесоте приходится на дымовые трубы. Остальное поступает из самых разных повседневных местных источников.

Близлежащие источники

К местным источникам мы относим распространенные источники загрязнения воздуха, такие как транспортные средства, местные предприятия, отопительное и охлаждающее оборудование, дровяные костры, садовое и рекреационное оборудование, работающее на газе. Мы подвергаемся воздействию этих источников часто, иногда в течение длительного периода времени. Общие выбросы от этих небольших, но широко распространенных источников выбросов значительно превышают все промышленные источники в штате вместе взятые.

Уменьшить загрязнение из соседних источников сложно, потому что они очень распространены и многочисленны. Некоторые более масштабные усилия могут помочь. Например, EPA или штаты могут потребовать от производителей производить оборудование с низким уровнем выбросов. MPCA предоставляет финансовые стимулы, образование и техническую помощь, чтобы помочь уменьшить загрязнение от малых предприятий и других лиц. Требуется гораздо больше работы, чтобы уменьшить загрязнение воздуха из соседних источников.

Древесный дым

Последние исследования показали, что сжигание древесины в жилищах со временем увеличивается. Большая часть сжигаемой древесины предназначена для отопления дома, но чаще всего люди сжигают древесину в развлекательных целях.

Согласно последнему кадастру выбросов, на сжигание древесины в жилых помещениях приходится 55% прямых выбросов тонкодисперсных частиц в Миннесоте. В то время как количество других источников загрязнения воздуха сокращается, расчетное загрязнение от древесного дыма увеличилось.

Транспортные средства и тяжелое оборудование

Эта категория источников включает автомобили, грузовики, поезда, строительную и сельскохозяйственную технику, лодки, снегоходы и многое другое. Каждый из них может не сильно загрязнять окружающую среду, но вместе они загрязняют почти половину воздуха в Миннесоте.

На сегодняшний день федеральное правительство играет наибольшую роль в сокращении выбросов транспортных средств, регулируя как производство автомобилей, так и производство топлива. Федеральные правила требуют, чтобы транспортные средства и оборудование становились более эффективными и меньше загрязняли окружающую среду. Они также потребовали удаления свинца из бензина и снижения содержания серы в дизельном топливе, что резко уменьшило содержание загрязняющих веществ в воздухе.

На местном и региональном уровне мы можем планировать землепользование и общественный транспорт, чтобы люди могли ходить пешком, ездить на велосипеде или пользоваться автобусами или поездами, а не водить машину.

Особую озабоченность вызывают выбросы дизельных двигателей. Дизельные двигатели являются рабочими лошадками нашей экономики из-за их мощности, эффективности и долговечности. Но старые автомобили и оборудование с дизельным двигателем могут производить огромное количество вредного загрязнения воздуха. Старый дизельный двигатель производит на 97 % больше мелких твердых частиц, чем более новые модели, что эквивалентно выбросам 25–30 современных грузовиков.

Крупные промышленные объекты

Крупные объекты с дымовыми трубами, такие как фабрики и электростанции, должны соответствовать разрешениям на загрязнение воздуха, выданным MPCA.

Разрешенные объекты по-прежнему составляют 21% от общего объема выбросов в штате, но за последние 20 лет удалось добиться значительного сокращения, отчасти благодаря Закону о чистом воздухе.

Закон штата Миннесота о сокращении выбросов ртути от 2006 г. требовал от крупнейших угольных электростанций в штате сократить выбросы ртути на 90% по сравнению с уровнем 2005 г. К 2015 году все коммунальные предприятия Миннесоты достигли полного соответствия требованиям. Изменения также привели к сокращению выбросов загрязняющих веществ, образующих дымку, на 75-80% и значительному сокращению выбросов парниковых газов.

Узнайте больше о выбросах от разрешенных объектов в Миннесоте: данные о выбросах в атмосферу разрешенных объектов

Основные источники загрязнения атмосферного воздуха

Превышение концентрации посторонних веществ, поступающих в атмосферу, называется загрязнением воздуха. В данной статье представлен обзор вредных загрязняющих веществ, выделяемых антропогенными источниками.

Транспорт и мобильность

Бензиновые и дизельные двигатели автомобилей, кораблей, поездов и других транспортных средств выделяют загрязняющие вещества, такие как окись углерода (CO), оксиды азота (NO _x), твердые частицы (PM), диоксид серы (SO ₂ ) и летучие органические соединения (ЛОС). Трение от шин и износ тормозов также создают первичные, то есть прямые, выбросы твердых частиц. Кроме того, диоксид азота (NO ₂ ) и ЛОС, выбрасываемые дорожными транспортными средствами, также подвергаются фотохимическим реакциям с образованием озона (O ₃ ).

В Европе более 40% выбросов NO _x и почти 40% первичных выбросов PM _2,5 связаны с дорожным транспортом. В Соединенных Штатах 35,8% CO и 32,8% NO _x связаны с автомобильным транспортом.

Промышленность и отопление

Сжигание ископаемого топлива, такого как уголь и нефть, в промышленных процессах на электростанциях, нефтеперерабатывающих заводах и фабриках приводит к выбросу различных загрязняющих веществ, большинство из которых идентичны тем, которые выбрасываются транспортом и транспортом. Кроме того, химические процессы и летучие побочные продукты промышленности также вызывают выбросы ЛОС.

В Европе около 60% оксидов серы образуется в результате производства и распределения энергии. В США на стационарные источники сжигания топлива, такие как электростанции и промышленные котлы, приходится 73,2% загрязнения диоксидом серы.

Сельское хозяйство

Широкий спектр соединений азота (NO, NO ₂ , N ₂ ), включая аммиак (NH ₃ ), можно отнести к производству удобрений, сельскохозяйственной технике и управлению отходами животноводства в сельском хозяйстве. . Кроме того, метан (CH ₄ ) выделяется в процессе пищеварения скота.

В Европе сельскохозяйственная деятельность является причиной примерно 90% выбросов аммиака и 80% выбросов метана. В США на животноводство и использование навоза приходится 46 % выбросов метана.

Другие источники

Не все загрязнения воздуха происходят в результате деятельности человека: Песчаные и пыльные бури из пустынь, таких как Сахара, Гоби и Такла-Макан, ответственны за загрязнение PM _{2. 5} из-за размера разбросанных зерен. Лесные пожары вызывают высокие уровни загрязнения твердыми частицами наряду с CO и NO 9.0043 х . Вулканы выделяют NH ₃ и SO ₂ во время извержений, которые могут образовывать вторичные ТЧ в сочетании с другими загрязняющими веществами в атмосфере. Соль из морских брызг также представляет собой загрязнение PM, на долю которого приходится до 80% уровней частиц в прибрежных районах. Даже растения являются источником выбросов ЛОС, потому что они используют загрязняющие вещества для адаптации к стрессу окружающей среды, общения с другими растениями и защиты от насекомых.

Источники загрязнения необходимы для эффективной деятельности по очистке воздуха

Очевидно, что загрязнение воздуха является серьезной проблемой для городов. Как указано в этой статье, загрязняющие вещества поступают из разных источников, и не всегда ясно, откуда именно. Это затрудняет управление загрязнением воздуха. Следовательно, для идентификации источников необходимы данные высокого разрешения из городской среды.