Гигиеническое значение атмосферного воздуха
Видео: Воздух. "Леннаучфильм". часть 1
Атмосфера — это газовая оболочка Земли массой почти 5,157 х 1015 т, а масса нашей планеты составляет 5,98 х 1021 т. В атмосфере различают несколько слоев: тропосферу и стратосферу, разделенные переходным слоем — тропопаузой, а также мезосферу (от стратосферы отделяется стратопаузой), ионосферу и термосферу. Внешняя часть термосферы называется магнитосферой. В ней частицы газов (ионы) удерживаются не столько земным притяжением, сколько магнитным полем Земли.Кроме того, атмосферу разделяют на нижнюю (до 30 км — тропосфера и тропопауза), среднюю (от 30 до 100 км — стратосфера, мезосфера и мезопауза) и верхнюю (свыше 100 км — ионосфера и термосфера).
В тропосфере (в переводе с греч. "тропейн" означает — поворачивать, или изменять) сосредоточено почти 80% всей массы атмосферы. Простирается она от поверхности Земли на 16,3 км в тропиках (30° северной широты и до 30° южной широты) и на 8,5—10 км вне этой зоны. В тропосфере температура снижается с увеличением высоты с вертикальным градиентом 6,5 °С на 1 км, достигая в средних широтах 60 °С, в тропиках — почти 75 °С. В тропосфере происходят основные процессы превращения энергии Солнца в кинетическую энергию атмосферных движений, скрытое тепло водяного пара. Здесь протекают главные фазовые перепады влажности, формируются тучи и осадки. В тропосфере возникают масштабные вихри — циклоны и антициклоны, происходит непрерывный круговорот воды: испарение — конденсация пара — формирование осадков — формирование поверхностного стока рек и подземного стока.
Нижний смежный слой атмосферы толщиной 1,0—1,5 км называют планетарным смежным, определяющим фактором которого является турбулентное трение. В этом слое происходит обмен импульсом, теплом и влагой между подстилающей поверхностью (поверхностью суши и океана) и атмосферой. Наиболее активны эти процессы в нижней части планетарного смежного слоя толщиной почти 30—50 м. Этот слой называется приземным.
Переходный слой (тропопауза) отделяет тропосферу от стратосферы. В тропопаузе наблюдаются очень слабые вертикальные движения, перемешивание,
что важно, в частности, для распределения в стратосфере незначительных газовых примесей. Температура низкая.
Стратосфера, содержащая наибольшую часть атмосферного озона, очень сухая. В отличие от тропосферы стратосфера является очень стойким слоем. Соединения, попадающие в стратосферу, остаются в ней несколько лет. На высоте более 35 км температура заметно возрастает и на высоте 50 км она составляет 270 К. Это обусловлено поглощением солнечной УФ-радиации.
Над стратосферой расположена мезосфера, отделенная от стратосферы стратопаузой. В мезосфере температура воздуха снижается с увеличением высоты и достигает 160 К в верхней ее части. Это способствует конденсации водяного пара и образованию на высоте почти 80 км так называемых мезосфер-ных туч.
Мезопауза, расположенная на высоте 85 км, отделяет мезосферу от термосферы, в которой температура начинает резко возрастать с высотой до 2000 К в периоды большой и до 1060 К — малой солнечной активности (ночью — до 1300 и 730 К соответственно).
В термосфере (на высоте более 100 км) существенно изменяется состав воздуха: распадаются молекулы Н20 и С02. Значительная часть молекул кислорода диссоциирует на атомы. В этом слое усиливается ионизация частиц газов и возникает так называемый слой ионосферы.
Таким образом, нижняя атмосфера как неотъемлемая часть биосферы является воздушной средой земной жизни. Ученые в старину считали окружающий воздух одной из составных частей Вселенной. Древнегреческий философ Анаксимен в IV в. до н. э. называл воздух первоматерией, а Аристотель — одним из четырех элементов, из которых состоят все вещества в природе. Гиппократ писал: "Воздух — это пастбище жизни". Если человек без воды может прожить почти 5 сут, без еды — 5 нед, то без воздуха — лишь 5 мин. И если он употребляет в сутки до 3 л воды, до 3 кг продуктов, то через сотни миллионов альвеол легких площадью 60—120 м2 проходит 10—12 м3 воздуха в сутки, или 1 000 000 м3 — при жизни. За 1 мин человек делает 18 дыхательных движений, вдыхая каждый раз 0,5 л воздуха. И это в положении сидя или лежа, без физической нагрузки. А если он физически работает, то ему в сутки необходимо до 30 м3 воздуха.
Дыхательная система человека — самый совершенный фильтр, который очищает вдыхаемый воздух, отделяет твердые и жидкие примеси. В носовой полости улавливаются лишь грубые частицы пыли. Частицы пыли диаметром 10 мкм оседают в бронхах, а еще меньшие (10—0,1 мкм) — в альвеолах. Из каждого литра вдыхаемого воздуха в легких задерживается 0,5 мг чужеродных веществ, что составляет 6,5 г/сут. Легкие — это открытые ворота во внутреннюю среду организма, где происходит контакт воздуха с кровью. В крови растворяются вещества, которые она разносит по организму. При этом кровь минует печень, этот естественный барьер дезинтоксикации. Поэтому вредные вещества, поступающие через легкие, действуют в 100 раз сильнее, чем поступающие через пищеварительный канал.
И если человек может выбирать питьевую воду и еду, то он не может выбрать воздух. Атмосферный воздух влияет на человека непрерывно. Если даже в атмосферном воздухе насленного пункта содержится в соответствии с гигиеническими нормами, например, от 3 до 5 мг/м3 углерода оксида, то человек на протяжении жизни вдохнет 3 000 000—5 000 000 мг углерода оксида, или 3—5 кг. Человек предъявляет высокие требования к составу атмосферного воздуха. Чем чище воздух, тем полнее усваивается организмом кислород, активнее происходит газообмен в его тканях.
Продолжительное время считали, что воздух состоит из однородного вещества. И только во второй половине XVII в. французский химик Антуан Лавуазье установил, что воздух — это сложная смесь газов (табл. 56).
ТАБЛИЦА 56 Состав сухого воздуха (без учета водяного пара) вблизи поверхности Земли
* Выраженное впроцентах отношение объема этой составляющей части к общему объему смеси при одинаковых давлении и температуры.
Шотландский ученый Резерфорд открыл газ, который он назвал азотом. Азот играет важную роль в круговороте веществ в природе. Азот воздуха усваивается некоторыми видами бактерий (клубеньковыми, азотфиксирующими) и сине-зелеными водорослями, которые синтезируют из него азотистые органические соединения. Под влиянием атмосферных разрядов электричества также образуется небольшое количество азота оксидов, вымывающихся из атмосферы осадками и обогащающих почву солями азотистой и азотной кислот. Соли азотистой кислоты превращаются при участии почвенных бактерий в нитраты. Нитраты и соли аммиака — соединения, усваивающиеся растениями и принимающие участие в синтезе белков. Ежегодно связывается 375 х 106 т атмосферного азота: 357 х 10б т ассимилируется живыми организмами, а 18 х 106 т связывается в результате физических явлений. Часть азотистых веществ распадается с восстановлением до газообразного азота (процесс денитрификации).
В процессе горения связанный азот превращается в свободный. Биологическое значение азота не ограничивается его участием в круговороте азотистых веществ. Он также разбавляет кислород, так как (в чистом кислороде жизнь невозможна).
Шведским химиком Шееле в конце XVIII в. был выделен кислород. Кислород — это составная часть органических веществ, в частности белков, жиров, углеводов. В природе непрерывно происходят процессы потребления кислорода: дыхание человека и животных, процессы горения и окисления. В то же время наблюдаются и обратные процессы. Наиболее важным из них является фотосинтез. Растения поглощают углерода диоксид, расщепляют его и усваивают углерод, а освобожденный кислород выделяют в атмосферу. Источником образования кислорода является также фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Затем в воздухе были выявлены углерода диоксид, водяной пар, а в конце XIX в. — инертные газы.
Углерода диоксид образуется вследствие жизнедеятельности организмов, процессов горения, гниения, брожения. При снижении парциального давления углерода диоксида он выделяется из воды морей и океанов. Углерода диоксид ассимилируется растениями в процессе фотосинтеза, а освобожденный кислород поступает в атмосферу. Он также играет важную роль в радиационном балансе и изменении климата Земли. Установлено, что свыше 100 млрд т органических веществ образует растительность Земли вследствие фотосинтеза, в процессе которого усваивается почти 200 млрд т углерода диоксида и выделяется 145 млрд т кислорода.
Инертные газы не вступают в химические реакции. Водород непрерывно поступает в межпланетное пространство. Некоторое его количество образуется во время фотохимических процессов. Он входит в состав органических веществ и усваивается живыми организмами в виде соединений, главным образом воды. В процессе распада органических веществ выделяется в виде воды, метана, сероводорода, аммиака.
Озон является важной составной частью верхних слоев атмосферы. Образуется преимущественно на высоте почти 30 км, где солнечная УФ-радиация с волной длиной не менее 242 нм вызывает диссоциацию молекулярного кислорода (02) с образованием атомарного кислорода (О). Последний быстро взаимодействует с молекулярным кислородом, образуя озон. В нижних слоях атмосферы озон образуется вследствие адсорбции солнечной радиации азота диоксидом. Большая его часть содержится в стратосфере в виде слоя с максимумом концентрации (иногда до 300 мкг/м3) на высоте 20—26 км. Общее содержание озона в столбе атмосферы эквивалентно 0,20—0,67 см слоя озона при нормальных давлении и температуре.
Концентрация озона в атмосфере районов, отдаленных от источников загрязнения, достаточно постоянна, и ее колебания зависят от сезона и метеорологических условий. Среднемесячная концентрация озона в зависимости от широты местности и периода года может колебаться в пределах 10—80 мкг/м3. Озоновый слой поглощает коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца (длина волны 240—320 нм).
По данным табл. 56, на долю трех основных газов (N2,02 и Ar) приходится 99,96% массы атмосферы, а на долю остальных — лишь 0,04%. Эти газы содержатся примерно в постоянном соотношении на высоте 100 км. Могут ли изменяться природный состав атмосферного воздуха и соотношение названных выше газов? Обратимся к хронике развития промышленности как в нашей стране, так и за рубежом. Технический прогресс, развитие разных отраслей промышленности, транспорта, химизация сельского хозяйства, строительство городов обусловили появление в атмосферном воздухе таких чужеродных ингредиентов, как свинец, марганец, фтор, мышьяк и др. Задымление промышленных городов приобрело значение фактора санитарного неблагополучия, что неблагоприятно повлияло на здоровье населения и ухудшило санитарно-бытовые условия жизни. Острой стала проблема санитарной охраны атмосферного воздуха населенных мест.
Проводить исследования в этой отрасли начали после организации кафедр гигиены на медицинских факультетах университетов. Первую такую кафедру организовал А.П. Доброславин в Петербургской медико-хирургической академии в 1871 г. Он основал и первую гигиеническую лабораторию для проведения экспериментальных исследований. В этот период земскими санитарными врачами были обследованы фабрики, заводы, исследованы условия жизни рабочих. Ученые и практики впервые указали на зависимость заболеваемости населения от загрязнения атмосферного воздуха. Эта проблема переросла рамки местной и приобрела статус региональной и международной. Случаи массовых отравлений населения в промышленно развитых странах атмосферными загрязнениями привлекли внимание мировой общественности, ученых-гигиенистов.
Так, в декабре 1930 г. в Бельгии, в долине реки Маас длиной 24 км, где между холмами высотой 75—120 м расположены сталелитейные, цинкоплавильные производства, заводы по изготовлению стекла, серной кислоты и минеральных удобрений, печи для обжига извести, в результате антициклона, сопровождавшегося с высоким барометрическим давлением, слабым ветром и температурной инверсией, образовался туман с запахом сернистого газа. Туман появился 1 декабря и продолжался 5 сут. Вскоре местные жители начали жаловаться на недомогание. Действие высоких концентраций серы диоксида и твердых аэрозолей привело к затруднению дыхания, раздражению слизистых оболочек носа, горла, глаз. Резь в глазах, насморк, сухой кашель, астения, тошнота, головная боль, мышечные судороги переходили в кашель с выделением мокроты. Бронхоспазм заканчивался удушьем.
В течение 5 сут содержание серы диоксида превышало ПДКср сут в 40—80 раз. На 4-е сутки появились первые сообщения о летальных случаях. Заболели несколько сотен человек, из них 60 умерли. Среди пострадавших преобладали дети и люди пожилого возраста с хроническими процессами в дыхательных путях и поражением сердечно-сосудистой системы.
Вскоре после этого, в январе 1931 г., за 9 сут задымления в районе Манчестера и Солфорда (Англия) умерли 592 человека. Очередная катастрофа случилась в октябре 1948 г в г. Донора (штат Пенсильвания, США), расположенном на берегу реки Мононгахила, на дне глубокой долины, которая лежит на 150 м ниже окружающей территории с химическими и сталеплавильными заводами. 26 октября над Западной Пенсильванией образовались температурная инверсия и область высокого давления. По наблюдениям летчиков, инверсионный слой локализовался на высоте менее 300 м над городом. Ветры в нижних 800 м атмосферы были очень слабые. Ночью образовался туман. Промышленные загрязнения сконцентрировались между склонами долины и инверсионным слоем. На 4-е сутки началось массовое поражение дыхательных путей у жителей города. За 5 сут задымления заболела почти половина из 14 тыс. населения.
Двадцать человек умерли. Очень тяжелое течение болезни наблюдалось у людей с бронхиальной астмой, хроническим бронхитом и сердечной недостаточностью. В процессе расследования этиологческим фактором был признан серы диоксид.
Весь мир потрясла трагедия, случившаяся в 1952 г. в Лондоне в долине Темзы. За 2 нед во время тумана умерли 2,5 тыс. человек, а когда туман рассеялся общее количество летальных случаев превысило 4 тыс. В период тумана содержание сажи по сравнению со средним уровнем возросло в 5 раз, серы диоксида — в 6 раз. Основными загрязнениями атмосферы, которые вызвали массовое поражение людей, были признаны продукты сгорания угля и его производные. Подобные случаи наблюдались в Лондоне, начиная с 1873 г. Свидетели так описывают изменения атмосферы в Лондоне, которые произошли с 3 по 9 декабря 1952 г.:
"3 декабря на город надвинулся холодный фронт, и в полдень температура снизилась до 6 °С, относительная влажность воздуха была почти 70%, ветер северный, слабый. В небе наблюдали скученные облака. Для 4 декабря были характерны антициклон, облачность, снижение температуры до 3 °С, увеличение относительной влажности до 82%. В воздухе чувствовался запах дыма. Из-под тысяч дымовых колпаков тихо поднимались в воздух недогоревшие остатки угля — горючие газы, копоть и зола. Крупные частицы сажи падали на крыши, улицы, шапки и пальто прохожих. Мелкие частицы золы летали в небе, попадая в жилища. 5 декабря над городом был центр области высокого давления. Ветер утих. Туман ухудшил видимость. Температура достигла 0 °С, относительная влажность — 80%. Запах дыма усиливался. Нижний слой атмосферы до километра вверх был насыщен дымом и влагой.
6 декабря плотный туман закрыл небо, температура снизилась до -2 °С, а влажность воздуха составляла 100%. Видимость не превышала 10 м. Анемометры зарегистрировали полный штиль. Воздух над городом оставался практически неподвижным, и дым от печей, топок и каминов наполнял его ядовитыми веществами. Капельки тумана захватывали из дыма газы и твердые частицы, образуя смесь дыма и тумана, которую назвали смогом. Город погрузился в смог, в облако вредных для всего живого отходов. У жителей болели и слезились глаза, грудь разрывал лающий кашель. Смог свирепствовал 7 и 8 декабря. Лондонские больницы переполнились потерпевшими. Многие люди умерли. Кроме тех лондонцев, для которых смог стал фатальным, у многих тысяч обострились болезни или впервые возникли нарушения органов дыхания. Это было массовое отравление, которое вызвали метеоусловия и загрязнение атмосферного воздуха" (табл. 57).
Аналогичные ситуации зафиксированы в Нью-Йорке в течение 1950—1960 гг. При этом смертность населения возросла на 4—20%. Случаи раздражения органов дыхания, проявляющегося астматическим компонентом, вследствие загрязнения атмосферного воздуха наблюдали в 1946 г. в Иокогаме (Япония). Проявления "иокогамской астмы" прекратили после переселения больных в районы
с чистым воздухом. В 1950 г. такое явление наблюдалось в Поза-Рике (Мексика), в 1952 г. — в Валь-суме (Германия), в 1958 г. — в Новом Орлеане (США).
ТАБЛИЦА 54 Показатели смертности населения в Лондоне
Термин "смог" происходит от англ. smoke — дым и fog — туман. Это система, которая образуется в результате взаимодействия природного тумана с газовыми промышленными выбросами. В свою очередь, дым — это аэродисперсная система, состоящая из частиц с небольшой упругостью пара и малой скоростью седиментации под действием силы веса. Туман — капли жидкости, образующиеся вследствие конденсации пара или распыления жидкости. Смог лондонского типа (син.: черный смог, восстановительный смог) образуется в больших промышленно развитых городах (чаще всего в декабре-январе) утром во время штиля при температуре воздуха от -1 °С до 4 °С, относительной влажности воздуха более 85%, температурной инверсии, высокой концентрации серы диоксида и сажи. Для него характерна низкая дальность видимости, которая достигает иногда 30 м и менее.
В начале 40-х годов XX в. в некоторых городах Америки, в частности в Лос-Анджелесе, начали наблюдать фотохимические туманы. Бассейн Лос-Анджелеса, расположенный на побережье Тихого океана, на Востоке и Севере закрыт горами. Вдоль берега дуют слабые западные и юго-западные бризы. Ветры несут воздух к горам, где он и задерживается. Лос-Анджелес находится в зоне высокого давления, которую называют тихоокеанским антициклоном. На высоте почти 600 м образуется температурная инверсия. Этот калифорнийский город когда-то славился чистым воздухом, мягким климатом и роскошной растительностью. Ныне в нем "господствует" ядовитый туман, разъедающий глаза. Его так и называют — "лос-анджелесский смог" (син.: фотохимический туман, окислительный смог, белый смог). Это белесый туман, который иногда приобретает желто-коричневый цвет.
Образуется (чаще всего в августе-сентябре) в ясный солнечный день в полдень при температуре воздуха от 24 °С до 32 °С, относительной влажности — до 70%, температурной инверсии, загрязнении атмосферного воздуха выхлопными газами автотранспорта. Под действием ультрафиолетового излучения углеводы и азота оксиды в присутствии озона вступают в цепные химические реакции, образуя сложные высокоактивные соединения типа пероксиацетилнитрата, пероксибензоилнитрата, пероксипропионилнитрата, которые оказывают неблагоприятное действие на органы дыхания и раздражают глаза.
Проблема фотохимического смога существует и в таких больших городах, как Токио, Сидней, Мехико, Буэнос-Айрес и др. В 1974 г. летом в Японии почти все префектуры вдоль побережья были окутаны фотохимическим смогом. Правительство страны опубликовало список районов (11) наибольших японских городов, где загрязнение воздушного бассейна достигло опасного для жизни уровня, и среди них на первом месте был Токио. Его называют "задыхающимся городом". В июле 1970 г. из-за фотохимического смога попали в больницу свыше 8 тыс. токийцев. Жители Мюнхена не без оснований говорят, что когда над всей Баварией светит солнце, небо в их городе окутано тучами ядовитых испарений угарного газа, сажи, угольной пыли. Жители Парижа спешат хотя бы ненадолго оставить город, лишь бы вдохнуть свежий воздух в предместьях. Французская пресса пишет: "Возможно, Париж и является сердцем Франции, но отнюдь не ее легкими.
В этом нет ничего удивительного, так как ежедневно в воздух этого города автомашины выбрасывают одного только свинца почти 40 т".
Гигиенисты установили связь между промышленными выбросами в атмосферный воздух и повышением заболеваемости населения бронхитом, бронхиальной астмой, эмфиземой легких, злокачественными новообразованиями, хронической пневмонией, аллергией и увеличением числа случаев рефлекторных реакций, обусловлено пахучими веществами. По данным ВОЗ, в Великобритании ежегодно регистрируют почти 30 тыс. летальных случаев. Характерно, что смертность от хронического бронхита в некоторых странах Европы и Америки в течение десятилетий неуклонно возрастает, прежде всего Германии и США, где за последние 5 лет она повысилась в среднем на 25%. В Швейцарии с каждым годом количество заболеваний, вызванных загрязнением атмосферного воздуха, возрастает. В частности, за последние 10 лет смертность от бронхита, бронхиальной астмы и эмфиземы в этой стране увеличилась на 19%. Наиболее восприимчивы к загрязнению атмосферного воздуха дети.
По данным ВОЗ, с 1956 по 1986 г. почти у 4% новорожденных были зарегистрированы наследственные болезни. Причем частота врожденных пороков в городах была в 2 раза больше, чем в селах. Указанной проблемой стали заниматься созданные санитарно-эпидемиологические станции, гигиенические научно-исследовательские институты, научные общества разных стран мира. Ее обсуждают на съездах, симпозиумах, конгрессах. Принят ряд национальных и международных программ, разработаны программы для регулярного контроля качества воздуха, наблюдения и оценки взаимосвязи между загрязнением воздуха и здоровьем людей. В 1973 г. ВОЗ создала глобальную систему мониторинга окружающей среды (ГСМОС), в частности воздушного бассейна, в которой приняли участие около 50 стран мира. Данные, полученные в результате деятельности национальных систем и осуществления ГСМОС, выявили общие тенденции в изменении качества воздуха в странах мира.
В нашей стране была создана автоматизированная информационная система "Окружающая среда — здоровье населения". Программы исследований расширялись, требовали решения новые вопросы: исследование источников загрязнения воздуха- изучение закономерностей распространения загрязнений в воздушном бассейне, механизма их трансформации- прогнозирование влияния "парникового эффекта", "кислотных дождей" на здоровье и санитарно-бытовые условия проживания населения- изменение озонового слоя- разработка законодательных, технологических, технических, планировочных мероприятий в области санитарной охраны атмосферного воздуха- научное обоснование принципов и методов гигиенического нормирования вредных веществ в атмосферном воздухе.
Если несколько десятилетий назад уничтожение стратосферного озона хлорфторуглеводородами и возрастание "парникового эффекта" было дискуссионной научной гипотезой, то в настоящее время разрушение озонового слоя и изменение климата стали действительностью. Об этом свидетельствуют публикации: "Озоновый щит под угрозой", "Озоновая дыра над Арктикой", "Что беспокоит гренландцев", "Почему меняется климат", "У порога экологического апокалипсиса", " 160 стран мира начинают борьбу с потеплением" и т. п.
Установлено, что в XX в. средняя температура воздуха на Земле повысилась на 0,5—0,6 °С. Направленная к верхней границе земной атмосферы солнечная радиация, которую оценивают как солнечную постоянную, равна почти 1,95 кал/(см2 • мин). Максимум интенсивности радиации приходится на длину волн в диапазоне от 0,4 до 0,8 мкм, что составляет видимую часть спектра электромагнитных волн. Приблизительно 42% энергии поглощается в верхней атмосфере, отражается облаками, земной поверхностью в пространство или поглощается облаками и водяным паром. Почти 47% солнечной радиации поглощает земная поверхность воды и суши. Сама Земля, аппроксимированная телом с температурой 290 К, излучает длинноволновую радиацию с максимумом интенсивности между 4 и 12 мкм. Большая часть радиации поглощается водяным паром и углерода диоксидом у поверхности земли.
Поскольку и водяной пар, и углерода диоксид пропускают большую часть солнечной радиации, но поглощают длинноволновую радиацию земной поверхности, возникает эффект, который приводит к нагреванию атмосферы и зависит от количества углерода диоксида и водяного пара в атмосфере. Этот эффект получил название парникового.
Исследования 80-х годов XX в. показали, что некоторые другие газы, в частности хлорфторуглеводороды, метан и азота закись, также могут изменять способность атмосферы поглощать инфракрасное излучение. С другой стороны, вследствие роста промышленного производства во всем мире увеличиваются выбросы в атмосферу аэрозольных частиц. Наличие аэрозольных частиц в атмосфере приводит к уменьшению солнечной радиации, попадающей на земную поверхность. Этот эффект является причиной обратного действия по срав-- нению с влиянием увеличения в атмосфере количества углерода диоксида и водяного пара. Если с 1890 по 1945 г. средняя температура атмосферы повысилась на 0,9 °F, то с 1945 по 1972 г. она уменьшилась на 0,6 °F. Средняя температура в ледниковый период отличалась лишь на 7 °F от температуры в самые теплые периоды многомиллионной истории Земли.
В одной из американских моделей "Мир в 2000 году" приведено пять климатических прогнозов на будущее: "сильное глобальное похолодание", "умеренное глобальное похолодание" ,"сохранение условий последних 30 лет", "умеренное глобальное потепление", "сильное глобальное потепление".
На международной конференции, состоявшейся в 1985 г. в австралийском городе Филлахе, ученые не одобрили американской модели и сошлись на том, что предвидится потепление климата. По прогнозу, при современном уровне накопления газов, которые создают парниковый эффект, температура земной поверхности до 2100 г. повысится на 3,5 °F. При этом она увеличится главным образом в северных широтах. Начнут таять большие участки северных ледников, участятся дожди и снегопады. С потеплением повысятся объемы испарений воды. В отчете межправительственной комиссии ООН в отношении климатических изменений указано, что если выбросы углерода диоксида будут возрастать на 10—20% каждые 10 лет, то будут наблюдаться необратимые последствия.
До 2097 г. на восточном и западном побережье Африки будут бушевать циклоны. Большинство экосистем и организмов не смогут адаптироваться к новым климатическим условиям. Жара усилится.
Побережья Сенегала, Сьерра-Леоне, Нигерии, Габона, Камеруна и Анголы окажутся под водой. В Европе радикальные изменения произойдут на севере и юге. Зимой северные районы будут заливать дожди, а на юге ожидается засуха. Побережья Голландии, Германии, Украины и России будут частично залиты водой. Исчезнут ледники в Альпах. На континент Латинской Америки обрушатся бури и ураганы. На побережье Австралии и островах Тихого океана будут свирепствовать циклоны, начнется засуха. На Международной конференции по проблемам климатических изменений на Земле, состоявшейся в 1998 г. в Киото, представители 160 стран мира подписали соглашение. Были установлены лимиты на выбросы промышленных газов, которые создают "парниковый эффект".
До 2008 г. страны ЕС обязались уменьшить объем выбросов в атмосферу по сравнению с 1990 г. на 8%, США — на 7%, Япония — на 6%. Другие индустриально развитые страны из 38 присутствующих на конференции сократят эмиссию углерода диоксида на 5%.
Последствием экологического прессинга является и образование озоновых дыр. Ученые установили, что ведущую роль в разрушении озонового слоя играют хлорфторуглеводороды. Это соединения, состоящие из С, Cl, F(Br), были синтезированы в 20-х годах XX в. В наше время хлорфторуглеводороды (фреоны) широко используют как наполнители аэрозольных баллончиков, хладагенты в установках и кондиционерах, в производстве пластмасс, в электронной промышленности. Ежегодно в атмосферу выбрасывается почти 1 млн т различных хлорфторуглеводородов (табл. 58).
ТАБЛИЦА 58 Хлорфторуглеводороды, вызывающие разрушение озона в атмосфере
Впервые озоновая дыра площадью 4 000 000 км2 и глубиной 8 км была обнаружена со спутника в 1985 г. В 1987 г. сообщили о подобной озоновой дыре на меридиане Шпицбергена между Скандинавией и Северным полюсом. Было установлено, что за последние десятилетия слой озона уменьшился на 3% над Северным полюсом и вдвое — над Антарктидой. Ученые считают, что потеря 1% озона приводит к увеличению числа случаев онкологических заболеваний кожи на 6%.
В чем же состоит химизм взаимодействия хлорфторуглеводородов с озоном? Хлорфторуглеводороды (на примере фреона-12) под влиянием ультрафиолетового (УФИ) излучения высвобождают химически активный атом хлора в результате реакции:
CF2CI2 + УФИ = CI + CCIF2.
Химически активный атом хлора переходит в стратосферу, где взаимодействует с озоном:
CI + 03 = СЮ + 02.
Эта реакция происходит в течение нескольких секунд. Установлено, что один атом хлора разрушает почти 100 000 молекул озона. В свою очередь оксид вступает в реакцию в атомарным кислородом, вследствие чего образуется активный атом хлора. Эти реакции повторяются, образуя цепную реакцию. Последняя заканчивается или прерывается после связывания хлора или перемещения его из стратосферы в тропосферу и вымывания атмосферными осадками. Такие бромированные фторуглеводороды, как галон-1310 (CBrF3) и галон-2402 (CBrF2), еще в большей мере разрушают озон стратосферы. В стратосфере атом брома, который освобождается под действием ультрафиолетового излучения, вступает в цепную реакцию разрушения озона. В начале 70-х годов XX в. возникла обеспокоенность из-за возможности разрушения озона азота оксидами, которые выбрасывают сверхзвуковые самолеты на высоте 17—20 км. Они могут вызвать также цепные реакции с разрушением озона так же, как и С10х.
Первым шагом на пути к ограничению выбросов хлорфторуглеводородов в атмосферу было принятие в марте 1985 г. в Вене Конвенции Объединенных Наций по защите стратосферы. В протоколе, подписанном в Монреале в августе 1987 г., сформулировано положение об уменьшении выбросов хлорфторуглеводородов. Оценки, сделанные научной группой экологической программы ООН, свидетельствуют о необходимости прекратить выброс этих веществ в атмосферу. Те газообразные хлорфторуглеводороды, которые уже попали в атмосферу, имеют средний период пребывания почти 100 лет. Так, из имеющихся в атмосфере молекул фреона-12 почти 37% будут находиться в ней до 2100 г., 15% — до 2200 г., 6% — до 2300 г. Если производство хлорфторуглеводородов прекратится до 2000 г., то максимальное разрушение озона произойдет в 2020 г.
Большое значение для охраны воздушного бассейна от техногенного загрязнения имеет гигиеническое нормирование вредных веществ в атмосферном воздухе. Приоритет в этой области за отечественной наукой. Первые нормативы ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе были утверждены в 1951 г. Известный ученый-гигиенист В.А. Рязанов разработал принципы нормирования и критерии вредности атмосферных загрязнений. На основании работ отечественных ученых-гигиенистов разработан, утвержден и используется ряд директивных, нормативных, инструктивно-методических документов. В этих документах подчеркивается, что проведение санитарно-гигиенических мероприятий, направленных на сохранение благоприятного состояния атмосферного воздуха, обеспечение наилучших условий жизни людей, труда, быта, отдыха и охраны здоровья, дальнейшего развития материального производства и культуры, является обязанностью всех государственных органов, предприятий и учреждений.
Санитарная охрана атмосферного воздуха — это комплекс законодательных, научных, технологических, технических и планировочных мероприятий, направленных на сохранение, улучшение, восстановление состояния атмосферного воздуха и предупреждение вредного влияния атмосферных загрязнений на здоровье и санитарно-бытовые условия проживания населения.
Под загрязнением атмосферного воздуха понимают изменение состава и свойств атмосферного воздуха вследствие поступления или образования в нем физических, биологических факторов и (или) химических соединений, которые могут неблагоприятно влиять на здоровье людей и состояние окружающей природной среды. Загрязняющее вещество — это вещество химического или биологического происхождения, которое содержится или поступает в атмосферный воздух и может прямо или опосредованно отрицательно влиять на здоровье человека и состояние окружающей природной среды.
Источник выброса — это объект (предприятие, цех, агрегат, установка, транспортное средство и пр.), из которого поступает в атмосферный воздух загрязняющее вещество или смесь таких веществ. Выброс — это поступление в атмосферный воздух загрязняющих веществ или их смеси.
Главными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются транспорт, теплогенерирующие установки, промышленные предприятия и почва. По данным ВОЗ, наиболее распространенные загрязняющие вещества атмосферного воздуха представлены такими группами:
1) твердые частицы (летучие — зола, пыль, цинка оксид, силикаты, свинца хлорид)-
2) соединения серы (серы диоксид, сероводород, меркаптаны)-
3) органические соединения (альдегиды, углеводороды, смолы)-
4) соединения азота (азота оксид, азота диоксид, аммиак)-
5) соединения кислорода (озон, углерода оксид, углерода диоксид)-
6) соединения галогенов (водорода фторид, водорода хлорид)-
7) радиоактивные соединения (радиоактивные газы, аэрозоли). В соответствии с "Директивами-96/62/ЕС" от 27.08.1996 г. оценку и контроль качества воздушной среды необходимо осуществлять с учетом содержания в ней таких веществ: серы диоксида, азота диоксида, тонкодисперсных твердых частиц, свинца, озона, бензола, углерода оксида, полиароматических углеводородов, кадмия, мышьяка, никеля иртути.
Для большинства промышленных регионов характерны такие соотношения веществ, загрязняющих атмосферный воздух: углерода оксиды — почти 50%, серы оксиды — 20%, твердые частицы — 16—20%, азота оксиды — 6—8%, углеводороды — 2—5%. К загрязняющим веществам относят также аммиак, сероводород, сероуглерод, альдегиды, хлорорганические соединения, фториды.
На организм человека влияют почти 500 тыс. веществ, из которых известны лишь 5—10%. По прогнозу ожидается, что общий объем производства различных химических веществ увеличится в 2—2,5 раза и превысит 500 млн т. В постоянном круговороте веществ индустриального общества находится почти 65 тыс. химических соединений, ранее в природе не существовавших. Почти 10 тыс. из них ежегодно производят в объеме 0,5—1 млн кг. Причем свыше 2000 этих веществ непосредственно влияют на генетический аппарат клетки, ускоряя мутагенез. Ныне в странах с развитой охраной здоровья в больницах общего профиля по поводу наследственной патологии лечится 15—20% детей от общего количества пациентов. Среди детей, умерших в возрасте до 1 года, 30% составляют умершие в результате мутационных процессов. Только из-за генетических нарушений не вынашивают 25% беременностей в год, появляется на свет 250 тыс. детей с наследственными пороками, в том числе почти 100 тыс. детей — с тяжелыми аномалиями развития.
Выбросы транспорта. Местный транспорт представлен главным образом автомобилями, занимающими приоритетное место среди источников загрязнения атмосферного воздуха (табл. 59).
Приведенные в табл. 59 данные не имеют тенденции к снижению. Сегодня мировой автомобильный парк превышает 600 млн единиц, из которых 83—85% составляют легковые, 15—17% — грузовые автомобили и автобусы.
ТАБЛИЦА 59 Доля выбросов автотранспорта в выбросах вредных веществ в крупных городах мира
Если их поставить бампер к бамперу, то получилась бы лента длиной 4 млн км, которой можно было бы 100 раз опоясать земной шар по экватору. Главными путями эмиссии выхлопных газов автотранспорта являются вентиляционная система топливного бака, карбюратор и система забора воздуха (последняя — только при неработающем двигателе). Состав выхлопных газов автотранспорта зависит от типа двигателя, режима работы, технического состояния и качества топлива. В настоящее время изучено более 200 компонентов, входящих в состав отработанных газов автотранспорта. По объему наибольший удельный вес имеют углерода оксид (0,5—10%), азота оксиды (до 0,8%), несгоревшие углеводороды (0,2—3,0%), альдегиды (до 0,2%) и сажа.
В табл. 60 приведен состав выхлопных газов автомобилей в зависимости от типа двигателя.
ТАБЛИЦА 60 Содержание основных компонентов отработанных газов автомобилей с карбюраторными и дизельными двигателями, % по объему
* Содержание сажи приведено в г/м3. ** Содержание бенз(а)пирена приведено в мкг/м3.
Таким образом, количество токсических веществ, попадающих в атмосферу вследствие сжигания единицы объема топлива дизельным двигателем, значительно меньше, чем карбюраторным. Однако в выбросах автомобилей, работающих на дизельном топливе, содержание сажи выше. В среднем автомобиль потребля-
ет в год 2 т бензина и выбрасывает в воздух 20—25 тыс. м3 продуктов сгорания, в которых содержится 700 кг СО, 40 кг NOx, 230 кг углеводородов и 2—5 кг твердых частиц.
Уровень загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта зависит также от режима его работы. В условиях уличного движения в городе двигатель автомобиля работает 30% времени на холостом ходу, 30—40% — с постоянной нагрузкой, 20—25% — в режиме разгона и 10—15% — в режиме торможения. При этом на холостом ходу автомобиль выбрасывает в среднем 5—7% СО от объема всего выхлопа. Одновременно при таком режиме увеличивается в 2—2,5 раза выброс углеводородов и в 1,5 раза — альдегидов. В процессе движения с постоянной нагрузкой автомобиль выбрасывает лишь 1—2,5% СО. При неотрегулированном карбюраторе выброс СО на холостом ходу повышается до 15%.
В табл. 61 приведен состав отработанных газов автомобилей при разных режимах работы.
ТАБЛИЦА 61 Содержание вредных веществ в выхлопных газах автомобилей в зависимости от режима работы и типа двигателей
Выбросы увеличиваются по мере повышения скорости движения транспорта. Частое замедление движения при относительно низкой средней скорости приводит к повышению уровня загрязнения атмосферного воздуха. Наибольший выброс регистрируется в режиме ускорения.
Качество топлива также обусловливает состав отработанных газов автотранспорта. Так, в выхлопных газах автомобилей, работающих на этилированном бензине с добавлением дихлорэтана, содержатся тетрахлордибензо-п-диоксины и полихлорированные дибензофураны. По расчетам, проведенным в Швеции, общее количество полихлорированных дибензо-п-диоксинов и полихлориро-ванных дибензофуранов, выделяемых автомобилями, работающими на этилированном бензине с галогенсодержащими добавками, составляет 10—100 г эквивалентов тетрахлордибензо-п-диоксинов в год. В процессе сжигания бензина с антидетонационными добавками в двигателях внутреннего сгорания образуются галогенидные, оксигалогенидные и оксидные соединения свинца, которые поступают в атмосферу с выхлопными газами в виде аэрозолей.
Если концентрация соединений свинца в природном атмосферном воздухе составляет почти 0,5 мкг/м3, то в местах с интенсивным загрязнением воздуха выбросами автотранспорта они достигают 2,4—5,9 мкг/м3. Добавка 3,0—3,8 об.% бензола к бензину является причиной того, что сотни тысяч тонн бензола попадают в воздушный бассейн городов Европы.
При интенсивном движении автотранспорта концентрация бензола в атмосферном воздухе Берлина и других городов Германии в 1990—1993 гг. находилась в пределах 8—48 мкг/м3, в Вене — 23 мкг/м3, в жилых помещениях — 9 мкг/м3. В районе городских автомагистралей концентрация бензола в воздухе варьирует от 6 до 10 мкг/м 3. В настоящее время внимание конструкторов и инженеров автомобильного транспорта обращено на газовое топливо. В последние несколько десятилетий проведена большая работа по переводу на газовое топливо грузовых автомобилей и городских автобусов с карбюраторными двигателями. Самая распространенная смесь нефтяных газов состоит из — пропана и бутана, так как она является наиболее экологически чистой.
Установлено, что в выхлопных газах двигателя, работающего на пропане и бутане, на холостом ходу содержание СО в 4 раза, а в рабочем режиме — в 10 раз меньше, чем у работающего на бензине. При использовании сжатого природного газа содержание СО в отработанных газах уменьшается в 2—4 раза, СН — в 1,1—1,4 раза, NOx — в 1,2—2 раза.
Атмосферный воздух загрязняется также во время заправки автотранспорта топливом. Так, 300 г бензина, пролившегося на асфальт, загрязняет до 200 000 м3 воздуха. Каждая шина автомобиля за период эксплуатации оставляет на асфальте до 3 кг пыли и сажи. Активная поверхность сажи в 1 м3 выхлопа достигает 10—45 м2. На этой поверхности конденсируется значительное количество смолянистых веществ бенз(а)пирена. Во время эксплуатации автомобильных дорог, изнашивания автомобильного покрытия образуется пыль, которая содержит канцерогенные соединения.
Это связано с тем, что применяют вяжущие материалы из каменноугольных смол и дегтей. В приземный слой атмосферного воздуха с такой поверхности мигрируют летучие углеводороды: бензол, толуол, ксилолы, пропилбензол, цимол, инден, стирол, олефины, парафины. Вблизи транспортных магистралей концентрация бенз(а)пирена а атмосферном воздухе превышает ПДКср сут в 10—12 раз, а в середине жилых кварталов — в 1,5—2 раза. На улицах города с покрытием из нефтяных битумов в 1 м3 воздуха выявлено 0,017—0,054 мкг бенз(а)пирена. Концентрация его в атмосферном воздухе вследствие изнашивания дорожного покрытия из дегтебетона составляет от 0,04 до 0,0004 мкг/м3.
Транспорт не только загрязняет атмосферный воздух. Он поглощает кислород. Один автомобиль в год поглощает 4 т кислорода, а один самолет во время перелета через Атлантику — 70—150 т кислорода.
Выбросы теплогенерирующих установок. Свыше 40% энергоресурсов в стране используется на производство электроэнергии, пара и горячей воды. Почти 80% всей электроэнергии производят тепловые электростанции (ТЭС), на долю которых приходится почти 30% вредных выбросов всех стационарных источников страны.
Степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами ТЭС зависит от количества, качества топлива и технологии сжигания. Соотношение выбросов в процессе сжигания твердого (уголь, кокс, сланец), жидкого (нефть, мазут, смолы) и газообразного (природный газ) топлива приведено в табл. 62.
ТАБЛИЦА 62 Соотношение выбросов при сжигании различных видов топлива, %
Таким образом, наибольшие суммарные выбросы происходят при сжигании твердого топлива, а наименьшие — при сжигании природного газа. Глобальные выбросы углерода диоксида при сжигании нефтепродуктов, угля и газа составляют 6,25 млрд т в год. По прогнозу до 2030 г. выбросы С02 в атмосферу на нашей планете возрастут на 15—37%.
Почти 60% общего количества аэрозолей, поступающих в атмосферный воздух от промышленных источников во всем мире, составляют твердые частицы, образующиеся при сжигании угля (табл. 63).
ТАБЛИЦА 63 Содержание основных вредных примесей в дыме, образующемся во время сжигания различных видов топлива, г/м3
Это главным образом зола и пыль, в несколько меньших концентрациях — сажа.
При сжигании твердого топлива имеют значение содержание минеральной части и серы, тип топливных устройств (камерные топки с сухим или жидким шлакоудалением), эффективность работы пылеулавливателей. Так, при использовании низкосортного угля содержание минеральной части повышается от 15—30 до 40—50% (табл. 64).
ТАБЛИЦА 64 Содержание минеральной части и серы в угле, %
В малосернистом угле содержание серы составляет до 1%, а в высокосернистом — более 3%.
При сжигании угля с содержанием минеральной части Ар = 16—20% в камерных топках вынос твердых частиц в рабочей массе топлива за пределы топочной камеры составляет до 20% его массы. Вследствие этого эксплуатация камерных топок невозможна без систем пылеулавливания. При средней зольности использованного угля 15% выброс золы на ТЭС составляет 8—10 млн т в год. Дымовые газы ТЭС содержат твердые частицы разной дисперсности.
На долю частиц размером до 1 мкм приходится 47,8%, от 1 до 5 мкм — 34,2%, от 5 до 20 мкм — 4,7%, от 20 до 40 мкм — 2,7% и свыше 40 мкм — 2,8%.
Во время работы ТЭС атмосферный воздух загрязняется и оксидами тяжелых металлов (табл. 65).
ТАБЛИЦА 65 Содержание примесей в золе твердого топлива, мг/кг
Спектр ингредиентов, попавших в атмосферный воздух при сжигании мазута и природного газа, приведен в табл. 66.
ТАБЛИЦА 66 Поступление в атмосферный воздух загрязняющих веществ при сжигании мазута и природного газа
Следовательно, если во время сжигания мазута в воздушный бассейн поступают ингредиенты всех четырех классов опасности, то при сгорании природного газа азота диоксид является единственным веществом, загрязняющим атмосферу, но содержание его в выбросах немалое.
Содержание азота диоксида в атмосферном воздухе при сжигании природного газа.
На качество атмосферного воздуха оказывает влияние и технология сжигания. Если при послойном методе сжигания лишь 3% выбрасываемых частиц имеют диаметр до 10 мкм, то при пылеугольном — от 20 до 45%. Для пылеугольных топок с сухим шлакоудалением содержание золы в "уносе" (остаток золы удаляется со шлаком) составляет 85—93%, с жидким шлакоудалением — 60—70%, для циклонных топок — 10—15%, цепных решеток — 20—30%.
Если сжигают твердые бытовые отходы, то с каждым миллионом тонн городского мусора образуется 34 тыс. т летучей золы со смесью полихлорированных дибензо-п-диоксинов (ПХДД) и полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ). Причем 95—99% этого количества оседает на электрофильтрах и оказывается на свалках, а остальное вместе с газами попадает в атмосферу. Установлено, что содержание ПХДД в летучей золе городского мусоросжигательного завода может достигать 0,2 мкг/г, а ПХДФ — 0,1 мкг/г. Рабочая группа экспертов, созданная Европейским региональным бюро ВОЗ, на основании анализа данных о выбросах ПХДД и ПХДФ из печей для сжигания твердых городских отходов пришла к выводу, что эти вещества образуются в результате сложных термических реакций в условиях неполного сгорания.
Трехциклические ароматические соединения загрязняют атмосферный воздух и при сжигании осадка бытовых сточных вод после их обезвоживания, но в меньшей мере, чем при сжигании твердых бытовых отходов. При неполном сгорании некоторых больничных отходов, содржащих галогенированные органические ингредиенты, концентрация ПХДД в газах достигает 118 нг/м3, ПХДФ — 156 нг/м3, ТХДД— 20 нг/м3. В окружающей среде эти вещества могут находиться продолжительное время (период полураспада составляет до 30 лет), быстро переходить в органическую фазу, включаться в процессы биопереноса. Необходимо обратить внимание еще на одну особенность энергетических установок, работающих на органическом топливе. Их выбросы нарушают в природе баланс не только оксидов азота, серы и углерода, но и кислорода. По данным Института всемирного надзора, ежегодно сгорает свыше 12 млрд т топлива и теряется 10—12 млрд т кислорода.
Ученые считают, что при современных темпах развития промышленности всего через 80 лет потребление кислорода достигнет уровня его воспроизводства растениями. Из 29% энергоносителей 26% должно занять ядерное топливо, которое получают из урановой руды. На снимках, сделанных со спутников, над многими городами заметны огромные дымовые облака — скопления пыли. Высокая плотность застройки, многоэтажные дома, улицы, одетые в бетон и асфальт, — все это препятствует движению воздушных потоков, что способствует концентрированию вредных веществ, образованию особого микроклимата в городе, так называемого химического фона. Вследствие этого уменьшается интенсивность ультрафиолетовой радиации, снижается прозрачность атмосферы, увеличивается частота легочных и аллергических заболеваний.
Выбросы промышленных предприятий. Стационарные источники в зависимости от системы газовых выбросов разделяют на технологические и вентиляционные. К технологическим относятся так называемые хвостовые технологические выбросы, а также выбросы, которые образуются в результате продувания, утечки из-за неплотности, трещины в оборудовании. Вентиляционными выбросами считаются выбросы механической и общеобменной естественной вентиляции, а также местной вытяжной. По способу отведения газовоздушной смеси в атмосферу выбросы разделяют на организованные и неорганизованные. К организованным относят выбросы через трубы и шахты, к неорганизованным — выбросы через фонари, а также выхлопы вредных веществ через неплотности в технологическом оборудовании и из-за испарения с открытой поверхности жидкости. По режиму работы различают постоянно действующие источники вредных выбросов с неравномерным валовым выбросом и источники периодических, залповых выбросов.
В Украине большинство производств разных отраслей промышленности, в соответствии с классификацией Международного агентства по изучению рака при ВОЗ, относится к канцерогенноопасным как для работающих на них, так и для населения в целом, поскольку они являются источником образования и выброса в окружающую природную среду канцерогенных веществ и их предшественников. Прежде всего, это предприятия черной и цветной металлургии, коксохимии, нефтепереработки, химической промышленности, производству асбестосодержащих изделий. По данным научного гигиенического центра МЗ Украины, в воздушной среде населенных пунктов определяется 16 полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), из которых 8 оказывают канцерогенное действие.
Наибольший удельный вес в структуре химических канцерогенов в атмосфере имеют соединения ПАУ и, в первую очередь, бенз(а)пирен (табл. 67). Вклад этих соединений в суммарное загрязнение атмосферного воздуха составляет от 60% в сельской местности до 75—85% в промышленных центрах.
Высокотемпературные технологические процессы в металлургической и металлообрабатывающей промышленности, а именно: электрохимическое производство никеля и магния, переплавка лома железа, меди и других металлов, обработка окатышей кокс-оксида магния газообразным хлором при температуре 700—800 °С являются источником загрязнения атмосферного воздуха
ТАБЛИЦА 67 Содержание бенз(а)пирена в воздушном бассейне некотооых населенных пунктов Украины, нг/м3
ПХДД и ПХДФ. Больше всего уровни этих веществ (170 нг/м3) образуется в медеплавильных и электродуговых печах, что подтверждается данными анализов выбросов из разных промышленных печей, выполненных в рамках национальной стратегической программы US EPA по диоксину (US EPA National Dioxin Strategy).
Потери другого вещества — ртути, которая загрязняет атмосферу, при производстве металла могут достигать 5—7% общего объема выпуска металла. В процессе выплавки 1 т черной меди в воздушный бассейн выбрасывается более 2 т пыли, в которой содержится 4% ртути. Ртуть поступает в атмосферный воздух в виде пара и частиц аэрозоля.
В табл. 68 приведена концентрация ртути в атмосферном воздухе в районе расположения разных производств.
ТАБЛИЦА 68 Содержание ртути в атмосферном воздухе на расстоянии 0,5—1 км от источника выброса, мкг/м3
В районе Клинского завода "Термприбор", который перерабатывает до 90 тыс. т ртути, концентрация ее пара в радиусе 1 км от предприятия превышает ПДКм.р в 2—3 раза. Содержание пара ртути Хайдарканского металлургического комбината в атмосферном воздухе селитебной территории превышает ПДКМ р в 40—50 раз, в районе городской больницы — в 280 раз.
Предприятия по выпуску и переработке цветных сплавов при современной организации технологических процессов и методов улавливания вредных выбросов представляют серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья населения (табл. 69).
ТАБЛИЦА 69 Кратность превышения ПДКМ.Р загрязняющих веществ в атмосферномвоздухе в зоне влияния выбросов завода цветных металлов
Производство алюминия является основой цветной металлургии. По оценкам отечественных специалистов, мировые запасы алюминия (среди бокситов) занимают второе место (после железа), а по среднему годовому приросту использования стоят на первом месте среди металлов. Вследствие роста производства алюминия увеличивается объем отходов.
Технологический процесс алюминия включают 4 этапа:
1) получение чистого глинозема-
2) получение криолита и алюминия фторида-
3) изготовление малозольных угольных электродов-
4) электролиз криолино-глиноземных расплавов. На первых этапах в атмосферу
выбрасывается бокситная пыль, на последнем — пыль кальцинированной руды. Во время кальцинации глинозема, спекания и выжигания вынос пыли глинозема достигает 150—200% от полученной продукции. В процессе получения алюминия фторида и криолита атмосфера загрязняется газообразным водорода фторидом. В атмосферном воздухе в районе расположения алюминиевых предприятий концентрация NaF колеблется от 0,1 до 19,5 мг/м3, CaF2 — от следов до 24,2 мг/м3. В выбросах алюминиевых производств содержатся также полициклические ароматические углеводороды, в частности: бенз(а)пирен, бенз(а)антрацен, дибенз(а)антрацен.
N-нитрозосоединения поступают в атмосферный воздух при производстве аминов, резины, резиновых изделий, искусственной и натуральной кожи, косметических средств, вследствие синтеза в окружающей среде из их предшественников — убиквитарных представителей азотсодержащих соединений. Они не только содержатся в атмосферном воздухе, но и образуются в организме. Одним из наиболее распространенных соединений этой группы является нит-розодиметиламин (табл. 70).
ТАБЛИЦА 70 Содержание нитрозодиметиламина и его предшественников в атмосферном воздухе различных функциональных зон Киева
Примечание. Содержание N02 и ДМА приведено в мг/м3- НДМА — в нг/м3.
Следовательно, в атмосферном воздухе всех указанных выше зон идентифицирован комплекс веществ N02, ДМА, НДМА. Для каждого из них в зависимости от количественных и качественных особенностей источников выбросов формируются определенные уровни. Анализ их количественного соотношения свидетельствует о том , что в отличие от района промышленных предприятий, где концентрация НДМА коррелирует с содержанием N02 и ДМА, в зонах селитебной территории на фоне равномерного относительно невысокого загрязнения атмосферного воздуха ДМА четко выраженная связь наблюдается только между концентрацией НДМА и N02.
Выбросы химической промышленности загрязняют атмосферный воздух населенных мест широким спектром ингредиентов, а именно: оксидами, диоксидами серы и углерода, углеводородами алифатического ряда, альдегидами, кетонами, спиртами, галогенсодержащими соединениями, твердыми частицами. Одной из ведущих отраслей химической промышленности является нефтеперерабатывающая. Нефть является источником эмиссии углеводородов и сероводорода. Атмосферный воздух в районе нефтеперерабатывающих производств содержит ацетон, бензол, акролеин, диметиламин, изопропилбензол, аэрозоль парафина, высшие спирты, жирные кислоты, а также углерода оксид, муравьиную и хлористоводородную кислоты. Эти вещества распространяются от источника выброса в радиусе 10—13 км с наибольшим уровнем загрязнения на расстоянии 1,5 км.
Не менее важную роль в ухудшении качества воздушного бассейна играют предприятия целлюлозно-бумажной промышленности. На стадии делигнифи-кации древесины образуются диоксины. Поскольку лигнин (а это четверть древесной массы) содержит фенольные фрагменты, образование хлорированных фенолов и феноксифенолов — предшественников диоксинов ПХДЦ и ПХДФ — в процессе хлорирования лигнина неизбежно.
Для отбеливания целлюлозы используют хлор и его соединения: хлора оксид, гипохлориты, хлориты и хлораты. Так, на 50 млн т отбеленной целлюлозы, вырабатываемой в мире, ежегодно приходится 250 тыс. т хлороргани-ческих соединений, поступающих в атмосферу. Диоксины выявлены не только в пульпе, фильтрате (до 40 нг/кг), твердых и жидких отходах производства (400 нг/кг), но и в газах, образуемых в процессе их сжигания (22 разных изомера и гомологи ПХДД и ПХДФ с числом атомов хлора от 4 до 8, включая 12 из наиболее токсичных). Производство целлюлозы сопровождается поступлением в атмосферный воздух значительного количества органических и неорганических соединений серы, пыли, летучих органических растворителей. Так, во время производства 1 т целлюлозы в атмосферу выделяется 5,5 кг серы диоксида, 6,3 кг сероводорода, 3 кг диметилсульфида.
К экологически опасным источникам загрязнения атмосферного воздуха относится и производство цемента, кирпича, асфальта, рубероида, асбеста и гипса. Характерным для этой отрасли промышленности является выделение частиц пыли диаметром до 10 мкм, а также соединений фтора, свинца, мышьяка, ртути, кремния диоксида, углерода оксида.
Почва — общеизвестный источник загрязнения атмосферного воздуха. Со свободной территории населенного пункта, которая не озеленена и не покрыта зимой снегом, при малейшем ветре почвенная пыль поднимается в воздух. Это минеральная пыль, в которой при неудовлетворительной организации санитарной очистки населенного пункта может содержаться значительное количество органических веществ, микроорганизмов, яиц гельминтов (30—40 в 1 кг).
На территории вдоль автомобильных трасс и вокруг свинцовоплавильных заводов (в радиусе до 30 км) почва интенсивно загрязняется свинцом, а вокруг ртутных производств — ртутью, которые затем мигрируют в приземной слой атмосферного воздуха. Концентрация свинца достигает 0,085 мг/м3, а ртути — 0,002 мг/м3. Из почвы промышленных районов, на территории которых расположены предприятия, использующие хлорированные бифенилы, в воздух поступают полихлорированные бифенилы. Содержание их в атмосферном воздухе составляет 2 мкг/м3.
Вследствие внедрения в сельском хозяйстве интенсивных технологий, предусматривающих широкое использование удобрений и пестицидов с разными физико-химическими свойствами, стабильностью и токсичностью, из почвы в процессе испарения, а также фото- и биохимических реакций в атмосферный воздух мигрируют продукты трансформации пестицидов, которые значительно токсичнее по сравнению с самими препаратами. В безветренную погоду, при температурной инверсии, высокой влажности воздуха в таких районах образуется токсичный туман, который может привести к острому отравлению.
Е.И. Гончарук с сотрудниками впервые установил механизм образования токсичного тумана. Научно обосновано, что его капельки могут адсорбировать на своей поверхности пестициды. И концентрация их в 1 м3 тумана может в тысячу раз превышать максимально возможное количество этих соединений в сухом воздухе при неблагоприятных метеорологических условиях. Установлено,
что из почвы, загрязненной гербицидами, содержащими ТХДД, в атмосферный воздух поступают трехциклические ароматические соединения. С учетом периода полураспада 2,3,7,8-тетраХДД в почве (10—12 лет), загрязнение атмосферного воздуха может происходить достаточно продолжительное время. ТХДД испаряется также с поверхности свалок отходов, бассейнов (табл. 71).
Значительный удельный вес в сельском хозяйстве имеют животноводческие комплексы, сточные воды которых загрязняют атмосферный воздух углерода диоксидом, сероводородом, аммиаком, индолом, скатолом, этиламином, органическими кислотами, а также бактериями, яйцами гельминтов. Из 1 м3 атмосферного воздуха в районе расположения животноводческих комплексов высевают 1—2 млн микроорганизмов.
Поделиться в соцсетях:
Похожие
