Исторический обзор проблемы загрязнения атмосферного воздуха

История загрязнения воздуха дымом и сернистым ангидридом

Пожалуй, примерно до 19-10 г., слова "загрязнение воздуха" означали для большинства людей дым и сернистый ангидрид. Изучение библиографий, составленных по общей проблеме загрязнения атмосферы (Davenport a. Morgis, 1954; Отдел научных и промышленных изысканий Великобритании, 1956; Schwartz и др., 1955), позволяет прийти к выводу, что почти все научные и технические сообщения, опубликованные до этого времени, касались дыма, условий его образования, его влияния, методов определения величины выброса дыма из дымовых труб и технических методов снижения выбросов его из промышленных печей, а также снижения концентрации сернистого ангидрида в окрестностях нефтеочистительных и плавильных заводов. Таким образом, интерес к проблеме дыма и сернистого ангидрида резко преобладал по сравнению с любым другим видом загрязнения атмосферного воздуха.

В библиографии Горнорудного управления США приведено только 30 сообщений по вопросам природы, состава и влияния загрязнения воздуха, опубликованных в течение 30 лет до 1890 г., и все они посвящены Продуктам горения. Не было написано ни одной статьи о методах определения природы и концентрации этих загрязнений. С другой стороны, насчитывается около 80 статей по вопросам уменьшения дымления при помощи различных механических устройств и использования бездымного топлива. Это свидетельствует о том, что научные методы и научное мышление вообще играло незначительную роль в попытках разрешения этой проблемы.

В последующее десятилетие, как видно из библиографии, было опубликовано 33 статьи по вопросам состава и влияния атмосферных загрязнений и 88 - о путях снижения загрязнений, но все еще совершенно отсутствовали сообщения о методиках определения концентрации загрязняющих веществ. Вся эта литература практически касалась только дыма и сернистого ангидрида, хотя, как об этом упоминалось выше, в результате развития химической промышленности уже отмечалось значительное загрязнение атмосферы соляной кислотой и сероводородом. Однако тот факт, что дым являлся почти универсальным загрязняющим веществом, оказывающим (вредное влияние на городское население Соединенных Штатов Америки, Великобритании и других европейских стран, обусловил интерес к нему почти всех исследователей. Еще в 1880 г. в одной из статей, опубликованных в Journal of the Royal Society of Arts (Carpenter, 1880 подчеркивалось, что главной причиной задымления воздуха является сжигание каменного угля в низкотемпературных печах .домашнего и полудомашнего типа; в 1897 г. Journal of the Franklin Institute, весьма кратко проанализировав механизм горения каменного угля, указывал, что именно низкая температура его сжигания обусловливает интенсивное образование дыма; в 1899 г. на одной из лондонских лекций (Beilby, 1899) при рассмотрении тех же факторов была осуждена практика открытого сжигания, недостаточной подачи воздуха и горения при низкой температуре, рассматривалась необходимость механического перемешивания угля и употребления бездымного топлива и было показано, что дым является результатом прежде всего неправильного использования оборудования для сжигания угля. Таким образом, почти все, что известно сегодня о причинах образования дыма и их устранении, было уже сказано сто лет назад, но вряд ли хоть что-либо было сделано для уменьшения задымленности городов.

Причины, по которым невозможно было использовать достижения науки, очень ясно вскрыты одним из авторов журчала Builder (Lond., 1899). Он показал, что а) дым является отходом тех отраслей промышленности, которые пользовались вниманием и поддержкой всех финансовых кругов страны, поскольку эти отрасли производят прибыльные товары; поэтому вряд ли возникало желание задуматься над тем вредом, который причиняет дым, б) каждый владелец недостаточно отчетливо представлял себе размеры ущерба, .который причиняет дым, выбрасываемый его предприятием, хотя в масштабах целой страны этот ущерб был весьма значительным; задымленность была настолько широко распространена, что это снижало заинтересованность в уменьшении выбросов дыма в каждом отдельном случае, и в) поскольку ущерб, причиненный дымом, обусловливался очень большим количеством мелких предприятий, трудно было установить ясную взаимосвязь между причиной и конечным эффектом.

Такая оценка положения сохраняет свою справедливость и на сегодняшний день. Снижение задымленности атмосферы зависит от уменьшения образования дыма, но такой контроль за огромным числом источников не достигает цели, если их владельцы не видят в каждом случае Необходимости осуществления соответствующих мероприятий. Вместе с тем каждый владелец может быть вполне убежден в нежелательности задымления воздуха городов в целом.

История борьбы с дымом в таких американских городах, как Сан-Луи, Питтсбург и Цинциннати, свидетельствует о том, что даже в тех случаях, когда широкие слои общества глубоко убеждены в необходимости снижения задымленности, те же самые люди, которые создают это мнение, оказываются настроенными воинственно против любых технических мер, направленных на уменьшение образования и выброса дыма, поскольку человек всегда предпочитает, чтобы ответственность за проведение необходимых мероприятий лежала "за чужой дверью". Нижеследующая цитата взята из записок R. R. Tucker (1945), бывшего одно время уполномоченным городского Бюро по борьбе с дымом в Сан-Луи:

"Новая кампания была начата в 1925 г. Попытка заключалась в том, чтобы убедить широкую публику в преимуществах устранения дыма. Были привлечены компетентные лица. В центре города была открыта школа техники сжигания топлива и все желающие получали инструктаж по вопросам правильного использования типового топочного оборудования, применяемого в г. Сан-Луи. Проведенное в разгар кампании обследование указало на существенное уменьшение количества дыма, выбрасываемого в атмосферу. Однако это не было достаточно очевидным для среднего горожанина. С ослаблением пропагандистской кампании убывал и общественный интерес к этому вопросу, и жители Сан-Луи вернулись к своим привычным способам сжигания топлива".

Касаясь противодымных правил 1939 г., R. R. Tucker писал: "Проведение законодательства в жизнь натолкнулось на сопротивление некоторых лиц; в радиусе двух миль от дома уполномоченного .распространялись даже брошюры с инсинуациями в его адрес вплоть до обвинений в бесчестности и взяточничестве".

В течение 1890-1914 гг. был проведен ряд работ по изучению задымленности атмосферы различных городов. Очень интенсивные исследования были проведены в Чикаго приблизительно к 1910 г., результаты которых, опубликованные в большом отчете (около 500 стр.), содержат почти все известные в наши дни данные о дыме, саже и золе. Аналогичные исследования проводились г. Сан-Луи в 1907 г. (League Amer. Mimic. Bull., 1907) и Питтсбурге в 1912 г. (Питтсбургский университет, 1912). В 1912 г. в ряде городов Великобритании были начаты широкие измерения концентраций дыма, сернистого ангидрида, а также выпадения сажи и золы (Set. Amer., 1914a), которые продолжались свыше 40 лет с .постоянным увеличением количества станций, производящих измерения. Между прочим, интересно отметить, что британский "пероксидно-свинцовый метод" определения сернистого ангидрида ведет, по-видимому, свое происхождение от статьи Witz о задымленности Парижа (1885), в которой сообщалось, что-реакцию сернистого ангидрида с окрашенной перекисью свинца можно использовать в качестве метода исследования загрязнения атмосферы.

Несмотря на проведение этих исследований и даже на издание ряда противодымных распоряжений в Цинциннати, Монреале, Чикаго, Сан-Луи, Питтобургс и других городах, а также подобных немецких (Schwartz и др. 1955, стр. 542) и итальянских законов (Mallette, 1955, стр. 253), задымленность городов, по-видимому, не уменьшалась, ибо и в 1930 г. проблема дыма везде волновала городское население. К этому времени стала очевидной не только справедливость замечаний журнала Builder (1899), но и то обстоятельство, что в силу отсутствия реально доступных методов предупреждения образования дыма в мелких непроизводительных топках, противодымные законы и предусматриваемые ими меры наказания оказались неэффективными. Поэтому оставался только единственный путь предупреждения загрязнения атмосферы дымом - снабжение топливом, при сгорании которого почти не образовывался дым. В результате в таких городах, как Сан-Луи и Питтабург, была запрещена продажа битуминозного угля, содержащего более 20% летучих веществ, и обеспечена возможность использования бездымного топлива, например антрацита, или искусственных бездымных видов топлива типа Питтсбургского "Disko". В то же время увеличилось снабжение многих американских городов нефтью или природным газом для отопительных нужд, причем по цене, не превышающей стоимость угля, что привело к массовому переключению на новые виды топлива и повлекло за собой резкое изменение состояния атмосферы во многих, крупных городах США.

Положение В Великобритании было совершенно иное, чем в США, так как здесь природный газ был недоступен, а нефть импортировалась из других государств по весьма высокой цене. Поэтому единственным выходом из положения было использование (каменноугольного газа, кокса и твердого бездымного топлива.. В это время экономическая депрессия, а затем война помешали осуществлению протиеодымных мероприятий в Великобритании. Совершенно ясно, что та широкая программа измерения загрязнений атмосферного воздуха, осуществление которой было начато в 1912 г., представляла собой предварительную ступень к проведению в жизнь программы борьбы с дымом. Однако программа измерений была прервана войной 1914-1916 гг., а к 1925 г. экономическая ситуация была такова, что любая деятельность, не направленная на возможно быстрое увеличение доходов, не могла привлечь к себе внимания. Затем начали распространяться слухи о новой войне, и в конце концов снова наступила война, поэтому только в 1946 г. страна получила возможность вновь уделить внимание проблеме загрязнения воздуха. К этому времени стало выясняться, что в связи с повышением цен на уголь и снижением угольных запасов в Великобритании даже та экономия угля, которая могла бы быть достигнута с помощью кампании устранения дыма, была бы весьма ценной, не говоря уже о других .выгодах, ожидаемых в связи с уменьшением задымленности атмосферы. С ростом понимания сложившейся в стране ситуации появилась возможность предпринять определенные меры в общегосударственном масштабе, что привело к изданию "Закона о чистом воздухе" (Clean Air Act), который в настоящее время только начинает действовать. Этот закон, так же как и противодымная регламентация Й американских городах, исходит из того, что устранение дыма из атмосферы может быть достигнуто лишь путем рационального использования топлива. Поэтому закон предусматривает обширную общенациональную программу:

а) устройство во всех новых домах и постепенно во всех старых приспособлений для сжигания бездымного топлива: газа, кокса, либо обогащенного угля с низким содержанием летучих веществ;

б) развитие перерабатывающей уголь промышленности для снабжения страны газом, коксом, бездымным твердым топливом (с помощью различных методов переработки имеющихся в стране

резервов), а также побочными продуктами, такими, как бензол, сырье для фармацевтических и других химических продуктов, смола для дорожного строительства и мазут для крупных котлов. Этот процесс начался только недавно и крайне интересно было бы проследить его развитие.

По-видимому, целесообразно вкратце остановиться на тех предпосылках, которые лежат в основе принятия американцами муниципальной формы организации контроля над атмосферными загрязнениями, а англичанами - общегосударственной. Причина этого в обоих случаях кроется в рационализации снабжения страны топливом. В США развитие частнопредпринимательской инициативы в области разработки нетронутых запасов природного газа и массового производства нефтяных форсунок для отопления жилых зданий (при ценах на нефть и газ, конкурирующих с ценами на уголь) побудило домовладельцев обратиться к этим видам топлива в целях снижения выброса дыма. Кроме того, в США, которые представляют собой федерацию - страну огромных размеров с развивающейся экономикой и избытком государственных фондов, условия были благоприятными для возникновения именно муниципальной формы организации борьбы с дымом, опирающейся на законодательство данного штата. В Великобритании же вопрос снабжения страны топливом был гораздо более грудным, и, кроме того, к тому времени, когда общественное мнение, направленное против загрязнения воздуха, укрепилось в достаточной мере, в экономике наблюдался застой и остатки государственных фондов были слишком незначительны для того, чтобы рискнуть предоставить городским властям такую независимость. Таким образом, хотя, согласно "Закону о чистом воздухе", на городские и местные власти и возлагается проведение многих мер, но управление всей этой деятельностью сохраняется в руках центрального правительства, которое только одно и может отвечать за состояние проблемы топлива в стране и рациональное развитие этой проблемы в наиболее экономичном направлении - использования бездымного топлива.

При всем этом не следует упускать из виду ту роль, которую сыграли общественные организации обеих стран в борьбе с задымлением атмосферы, ибо они столкнулись с проблемой ломки национальных традиций, и лишь активнейшая .пропаганда могла настолько подготовить сознание горожан, чтобы обеспечить достаточную поддержку ими этих административных программ. Вряд ли следует излагать историю возникновения и прекращения Существования различных обществ борьбы с дымом в США и Великобритании, однако необходимо упомянуть хотя бы две крупнейшие общественные организации - Ассоциацию по борьбе с загрязнением воздуха в США, которая не так давно отмечала пятидесятилетие своего существования, и Национальную ассоциацию по борьбе с дымом в Великобритании, журнал которой Smokeless Air ("Бездымный воздух") недавно вышел в сотый раз. При помощи общественных митингов, литературной .пропаганды, воззваний к населению, промышленникам и правительству, а также различных других способов эти общества не устают подчеркивать необходимость серьезного отношения к атмосферным загрязнениям и борьбы против превращения их в постоянное условие городской жизни.

До сих пор при обсуждении проблемы дыма ничего не было сказано о сернистом ангидриде. Это объясняется тем, что если выброс дыма предотвратить трудно, то выброс сернистого ангидрида при сжигании угля предотвратить почти невозможно. Некоторую часть серы, содержащейся в угле в количестве 1-4%, можно удалить отмыванием тяжелых пиритов от более легкого угля, но в угле всегда остается определенное количество серы, образующей при его сгорании сернистый ангидрид. При высокой концентрации последнего в отходящих газах появляется возможность химической экстракции серы, однако необходимость обработки при этом очень больших объемов газа делает эту возможность трудноосуществимой. На двух крупных электростанциях Лондона, несмотря на очень большие затраты, установлены скрубберы для промьпвки дымовых газов (iMeetham, 1952, стр. 239; Pearson, Nonhebel a. Ulander, 1936), но нигде в мире предприятия, потребляющие большие количества угля, еще не в состоянии разрешить .проблему извлечения серы из дымовых газов. Эта проблема, разрешить которую очень трудно, является главной для крупных предприятий, мало дымящих, "о выбрасывающих в атмосферу большие количества сернистого ангидрида. Напротив, мелкие очаги использования каменного угля производят значительно больше дыма, чем сернистого ангидрида, поэтому их основной проблемой является эффективное сжигание угля, чего вполне возможно добиться.

Проблема дыма и сернистого ангидрида в Европе

История загрязнения атмосферного воздуха дымом и сажей на европейском континенте в общих чертах напоминает таковую в Великобритании и США, хотя имеются определенные отличия, связанные с местными условиями. Во многих городах Германии, Нидерландов и Австрии в быту для приготовления пиши и согревания воды обычно употребляется газ, а для обогревания помещений с помощью голландских печей -IKOKC. ЭТИ бытовые виды топлива вряд ли создают какое-либо загрязнение атмосферы, поэтому доминирующее значение имеют промышленные источники. Тем не менее при измерениях, проведенных в Берлине в 1954 г. (Heller, 1954), было обнаружено весьма высокое содержание дыма бытового происхождения в атмосферном воздухе. К концу XIX столетия было установлено широкое поражение лесов Германии сернистым ангидридом - продуктом плавильных заводов, однако и до настоящего Времени район тяжелой .промышленности - Рурский бассейн является областью сильного загрязнения атмосферы дымом как из промышленных, так и бытовых источников. Все же в общем можно сказать, что условия в Германии, Нидерландах и Австрии лучше, чем в Великобритании и США. По мнению одного автора, это обусловлено не столько пониманием необходимости уменьшить загрязнение атмосферы, сколько необходимостью беречь (каждую тонну топлива. Тем не менее в 1928 г. автор указывал, что руководителям органов здравоохранения следовало бы усилить внимание к (вопросам борьбы с загрязнением воздуха дымом и другими газообразными отходами (Hahr, 1928), а в 1943 г. другой автор писал о необходимости изучить характер повреждений растительности, возникших под влиянием отходящих промышленных газов (Koritnig, 1943).

В соответствии с законами, изданными в 1820 и 1909 гг. в Германии ив 1811 г. в Австрии, каждый человек, потерпевший урон в результате слияния газообразных промышленных отходов на него самого, его скот или другие виды имущества, имел право требовать компенсацию. Вследствие этого промышленные предприятия были вынуждены установить надзор за выбросами, во избежание серьезных претензий за .причиненный ущерб, а объединения промышленников, например Союз владельцев крупных электростанций (Vereinigung der Grosskesselbesitzer), стали обсуждать на своих конференциях технические доклады по вопросам предупреждения загрязнения атмосферы дымом. Кроме того, в литературе появилось большое число сообщений о методах оценки повреждений, причиняемых растениям и имуществу. Эти законы, однако, не предусматривают компенсации за ущерб, причиняемый выбросами из домовых печей, и в настоящее время существует движение за принятие законодательства, предусматривающего контроль за выбросами дыма и газоз бытовыми и транспортными топками. Подобная же ситуация существует во Франции. Закон, принятый в 1932 г. (Schwartz и др., 1955, стр. 540), устанавливает предельно допустимое количество дымовых отходов, а надзор за соблюдением этого закона находится в руках местных властей. Загрязнения атмосферы, создаваемые выбросами бытовых топок, не контролируются; однако, поскольку употребление каменного угля во Франции распространено значительно меньше, чем в Великобритании, в целом положение здесь не является таким тяжелым. Тем не менее определение концентраций копоти я сернистого ангидрида, проделанное в течение 1950-1956 гг., показало, что Париж в ряде случаев можно сравнить с Лондоном по задымленности воздуха. В связи с этим в 1954 г. была назначена правительственная комиссия для рассмотрения опасности, создающейся в стране вследствие выброса в воздух загрязняющих веществ (Raymond, 1956).

Италия стала индустриальным государством с развитыми городами сравнительно недавно, и даже в настоящее время почти все се южные районы являются преимущественно сельскохозяйственными. Анализ положения в Италии (Mallette, 1955, стр. 252) показывает, что хотя концентрация атмосферных загрязнений в стране благодаря метеорологическим условиям меньше, чем в других частях мира, но и здесь наблюдался ряд случаев физиологических нарушений, вызванных атмосферными загрязнениями. Это свидетельствует о том, что в Италии, по-видимому, часто создаются условия, благоприятные для возникновения опасных концентраций отдельных ингредиентов.

Итальянский закон об атмосферных загрязнениях, датированный 1912 г., предусматривает контроль лишь над промышленными выбросами, так что создается впечатление, что в Италии оппозиция общества к загрязнению воздуха растет сравнительно медленно.