Антропогенные и природные факторы загрязнения воздуха в городах: основные источники и вредоносные вещества, рейтинг самых загрязненных городов России

Благодаря масштабному развитию промышленности и транспорта, загрязнение воздуха в городах стало острейшей проблемой современности. Вредные примеси и вещества попадают в воздушный бассейн в основном под воздействием антропогенного фактора. Неблагоприятное влияние на окружающую среду и экологическую обстановку в городах оказывают как индустриализация, так и рост автопарка в РФ.

Антропогенные источники загрязнения воздуха в городах

К антропогенным относятся искусственные источники загрязнения, которые обязаны своим происхождением деятельностью человека. Основные проблемы связаны с работой промышленных, инфраструктурных и производственных систем.

Атомные и тепловые электростанции

Производственные выбросы продуктов горения являются первостепенным источником выбросов в городах. Примеси ежесуточно выбрасываются в атмосферу, вступают в реакцию с окружающей средой, окисляются и осаждаются на поверхности почвы и водоемов. В результате сжигания органического топлива в воздух поступают выбросы:

• двуокиси серы и азота;
• соединений фтора;
• диоксида углерода;
• паров и пылевых остатков;
• углеводородов;
• твердых частиц золы и сажи;
• оксидов и окиси металлов.

Окиси азота способны наносить значительный вред организму человека, воздействуя на дыхательные пути и слизистые. Канцерогены тяжелых металлов могут приводить к отравлениям и оказывать комплексное патологическое воздействие.

В среднем ТЭС сжигают в сутки порядка 20 тыс. тонн угля, что приводит к выбросам около 200 тонн окиси азота, 140 тонн твердых и газообразных частиц, 700 тонн серы. Работа АЭС не базируется на органическом топливе, но провоцирует загрязнение воздуха инертными газами и радиоактивными веществами.

Жидкое топливо существенно сокращает выбросы золы и пылевых частиц, которые образуются в результате сгорания угля, но не решает проблему загрязнения воздуха серой и тяжелыми металлами. Самым экологичным топливом считается газ.

Автотранспортные выхлопы

Согласно научному консенсусу, основная причина климатических изменений — усиление содержания в атмосфере парниковых газов. Порядка 18% из них приходятся на топливные испарения и другие автотранспортные выхлопы. Дизельные и бензиновые двигатели внутреннего сгорания выбрасывают в атмосферу оксиды азота, полициклические углеводороды (бензапирен, производные антрацена). Транспорт считается рекордсменом по выбросу токсичных аэрозолей, содержащих соединения:

• свинца;
• ртути;
• хлора;
• брома;
• меди.

Выбросы оседают и накапливаются в почве, способствуя изменению ее химического состава. Выхлопные газы способны провоцировать иммунодефицит, приводить к патологиям дыхательных путей, пневмонии, гаймориту, бронхиту и раку легких. Повышается риск развития деменции, атеросклероза и нарушений в работе сердечно-сосудистой системы.

Правительство РФ ориентировано на развитие рынка газомоторного топлива в России. По сообщениям ТАСС, 4,2 млрд рублей ежегодно будут выделять на ввод в эксплуатацию газового оборудования и наполнительных станций, а также для стимуляции установки газобаллонного оборудования (ГБО) на автомобили. Программа рассчитана до 2024 года.

Помимо прочего, ГИБДД упростили процедуру регистрации транспорта на основании установки газобаллонного оборудования.

Черная и цветная металлургия

Согласно бюллетеню Росстата “Основные показатели окружающей среды”, около трети промышленных выбросов в атмосферу приходится на работу предприятий черной и цветной металлургии. Черная металлургия характеризуется загрязнением воздуха преимущественно оксидом углерода (1,5 млн тонн ежегодно), цветная — диоксидом серы (2,5 млн тонн ежегодно). В процессе работы плавильных и промышленных печей выбрасываются:

• анодные газы, обогащенные пылью;
• мышьяк и свинец;
• смолистые вещества;
• фтор;
• соли тяжелых металлов.

Сточные воды металлургических предприятий загрязнены токсичными веществами: цианидами, нефтепродуктами, ксантогенатами. Значительную долю негативного влияния на окружающую среду составляют выбросы парниковых газов, метана, гидрофторуглеродов, гексафторидов серы. В производстве вынужденно используются большие объемы воды и низкосортных руд, что увеличивает объем отходов.

Мусоросжигающие заводы

Основной проблемой в процессе сжигания мусора на заводах считается ртуть, которая сложно улавливается фильтрами и способна мигрировать на значительные расстояния.

В процессе горения образуются отходящие газы, летучая зола, пыль и шлак. Твердые частицы выбросов способны вызывать астму, заболевания дыхательных путей и сердечную недостаточность. Даже современные системы очистки препятствуют их выбросу только в пределах 25-30%. При этом инновационные методы фильтрации чаще оказываются экономически невыгодными.

Угольная и нефтедобывающая промышленность

Любые добывающие процессы в угольной и нефтяной промышленности оказывают дестабилизирующее влияние на экологическую обстановку. Бурение, сбор, хранение и переработка провоцируют выбросы углеводорода, нефтяного шлама, угольной пыли. Химические соединения вместе со сточными водами проникают в водоемы, почву. Газо- и пылеообразные токсичные вещества поднимаются в воздух.

Около половины угольных шахт в России считаются взрывоопасными. Проблема подземного возгорания не менее актуальна при бурении нефтяных скважин. В результате пожаров в воздух выделяется большое количество канцерогенных ядов, бензола, никеля, ванадия, оксидов углерода и серы. Не меньшую опасность составляют буровые сточные воды и локальные загрязнения почвы нефтью.

В местах скопления горючих веществ и топлива пожары тушатся на протяжении нескольких суток. За это время выделяется значительное количество ядовитых паров и газов, которые превышают суточную допустимую норму.

Химическая промышленность

Работа химических, цементных заводов и бытовых котельных сопровождается выбросом токсичных веществ в результате сжигания топлива в промышленных нуждах, переработке отходов и отопления помещений. Канцерогенные выбросы невелики по объему (около 2%), но отличаются высокой токсичностью. Химическая промышленность считается основным источником пирогенного загрязнения вредными примесями:

• оксида углерода;
• серного ангидрида;
• сероводорода и сероуглерода;
• оксида азота;
• соединений фтора, хлора, свинца;
• аэрозолей (пыль, дым, смог).

Соединения хлора характерны для деятельности химических предприятий, занимающихся производством спирта, соляной кислоты, пестицидов и красителей. Легкая и пищевая промышленность характеризуется значительными выбросами серо- и углеводорода. Серный ангидрид при контакте с каплями дождя или снега способен вызывать кислотные дожди.

Иные антропогенные источники загрязнения воздуха

Помимо основных, существует ряд дополнительных источников загрязнения, которые отравляют воздух в городах. Они образуются в результате обслуживания ракетных и авиационных носителей, работы животноводческих ферм и птицефабрик (выделение метана, пары пестицидов).

Продукты сгорания табака не оказывают существенного влияния на экологическую обстановку в целом, но сильно отравляют воздух в замкнутых помещениях.

Природные источники загрязнения воздуха в городах

Природные источники загрязнения образуются без участия человека. Воздух всегда содержит некоторое количество пыли и вредных химических соединений, которые поступают в воздушный бассейн при образовании натуральных аэрозолей. Наибольшую опасность, которая менее актуальна для городов, несут вулканические выбросы пепла, серы, азота, сернистого дыма. Другие источники загрязнения:

• ветровая эрозия, выветривание почвы, поднятие в воздух пыли и камня;
• продукты гниения и жизнедеятельности флоры и фауны;
• лесные пожары без антропогенного участия (сажа, пепел, смог);
• пыльные и песчаные бури;
• морские и океанические испарения.

В южных районах на территориях с открытой поверхностью почвы и сильными ветрами воздух богат аэропланктоном. В него входят патогенные бактерии, вирусы, грибные споры, цисты и споры простейших, папоротников и мхов.

В процессе гниения органических веществ в воздух проникают газообразные химические соединения: углекислый газ, окись углерода, азота и серы, сероводород, аммиак, углеводород.

Основные загрязняющие вещества в городах

Воздух в городах загрязняется в основном по антропогенным причинам, связанным с работой промышленных предприятий и эксплуатацией наземного транспорта. Среди них:

• мелкие твердые частицы до 2,5 микрон (сажа, пыль, бензапирен);
• оксиды азота, аммиак (бактерии, горение);
• углекислый газ, образующийся в результате дыхания живых организмов;
• оксиды углерода (двигатели внутреннего сгорания);
• органические и химические соединения (промышленность, сжигание);
• тяжелые металлы (двигатели внутреннего сгорания, промышленность);
• серный и сернистый ангидриды (химическая промышленность);
• угарный газ (горение углеводородных веществ и материалов).

В крупных городах наибольшая доля загрязнения приходится на автотранспортные выхлопы. В воздухе на территориях с развитой промышленной и аграрной инфраструктурой наблюдается высокое содержание тяжелых металлов, бензапирена, оксидов азота и формальдегида.

Рейтинг городов России с самым высоким уровнем загрязнения

В государственном докладе “О состоянии и об охране окружающей среды” Министерства природных ресурсов и экологии РФ приведен перечень самых загрязненных городов России по состоянию на 2018 год. Среди них:

• Абакан;
• Ангарск;
• Барнаул;
• Иркутск;
• Зима;
• Искитим;
• Красноярск;
• Кызыл;
• Норильск;
• Новокузнецк;
• Новосибирск;
• Селенгинск;
• Свирск;
• Челемхово;
• Черногорск;
• Улан-Удэ;
• Чита;
• Шелехов.

В перечень попали большинство крупных городов Красноярского края, включая Лесосибирск и Минусинск. Наиболее опасными для проживания признаны Красноярск и Норильск.

С полным списком городов можно ознакомиться в докладе Минприроды. Практически во всех наблюдаются превышенные показатели бензапирена, образующегося в результате горения, работы двигателей внутреннего сгорания, мусоросжигающих заводов и промышленных предприятий.

В Курске, Рязани, Самаре и Оренбурге было зафиксировано разовое превышение максимальной концентрации свинца, ксилола, этилбензола и сероводорода, но они не вошли в приоритетный перечень.

Также туда не включили Магниторск с высоким уровнем загрязнения, так как концентрация вредных и токсичных веществ в сравнении с 2017 г. снизилась в 2 раза.

Таким образом, к основным источникам загрязнения относятся антропогенные факторы. В городском воздухе наблюдаются повышенные концентрации бензапирена, оксида азота, пыли, сажи, серы и формальдегида. Наибольшую опасность представляют автотранспортные выхлопы, которые занимают второе место по катализатору загрязнения после ТЭС и АЭС. Химическая промышленность отличается небольшим количеством выбросов, но их токсичность в разы превышает остальные вредные вещества.