000
ОтложитьЧитал
Явление фотохимического тумана (смога)
При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия – расположение слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует передвижению воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредоточиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее не известного в природе фотохимического тумана.
Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях – наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ.
Такие условия создаются чаще в июне – сентябре, и реже – зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота – в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги – нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной систем и часто бывают причинами преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.
Влияние загрязнения химическими соединениями атмосферного воздуха на организм и среду обитания человека
Все загрязняющие атмосферный воздух вещества в большей или меньшей степени оказывают отрицательное влияние на здоровье человека. Эти вещества попадают в организм человека преимущественно через систему дыхания. Органы дыхания страдают от загрязнения непосредственно, поскольку около 50 % частиц примеси радиусом 0,01–0,1 мкм, проникающих в легкие, осаждаются в них.
Проникающие в организм частицы вызывают токсический эффект, поскольку они:
1) токсичны (ядовиты) по своей химической или физической природе;
2) служат помехами для одного или нескольких механизмов, с помощью которых нормально очищается респираторный (дыхательный) тракт;
3) служат носителями поглощенного организмом ядовитого вещества.
По степени воздействия на организм вредные вещества подразделяют на четыре класса опасности:
1) вещества чрезвычайно опасные;
2) вещества высокоопасные;
3) вещества умеренно опасные;
4) вещества малоопасные.
Класс опасности вредных веществ устанавливают в зависимости от норм и показателей, указанных в таблице 2.
Таблица 2
Критерии класса опасности химического вещества
Отнесение вредного вещества к классу опасности производят по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.
В некоторых случаях воздействие одних загрязняющих веществ в комбинации с другими приводит к более серьезным расстройствам здоровья, чем воздействие каждого из них в отдельности. Большую роль играет продолжительность воздействия. Реакция организма зависит от его индивидуальных особенностей, возраста, пола, состояния здоровья и др… При острых и хронических воздействиях атмосферных загрязнений наблюдаются различные сдвиги в заболеваемости, смертности, снижении рабостоспособности. Эпизоды острого воздействия на протяжении пяти дней сконцентрированных выбросов промышленных предприятий в 1930 году в Бельгии, в долине реки Маас, когда воздействие тумана с запахом сернистого ангидрида привело к заболеванию нескольких сот человек, из которых 60 человек умерло. Погибли в основном люди преклонного возраста и больные хроническими заболеваниями сердца и легких. В США в 1945 и 1948 годах возникали сходные ситуации, когда в результате инверсии выбросов с металлургических предприятий в долине, где расположен г. Донора, пострадала половина из 12 тыс. населения за пять дней воздействия токсического тумана (1948 г.). Тогда умерло 17 человек. В декабре 1952 года наблюдался токсический туман в долине реки Темзы близ Лондона. У большого числа жителей города появились симтомы поражения дыхательных путей. За две недели в период тумана погибло на 4000 человек больше, чем в другие годы в аналогичный период. Частым заболеванием, предшествующим смерти, был бронхит; возникали и другие признаки интоксикации (одышка, цианоз, умеренное повышение температуры, приступы рвоты и т. п.).
К основным загрязнителям, содержащимся в воздушной среде практически всех городов, относятся взвешенные вещества, диоксид азота, диоксид серы, окиси углерода, фенол.
Оксид углерода.
Окись углерода обладает большим сродством к гемоглобину и легко вступает с ним в соединение, образуя карбоксигемоглобин. При содержании карбоксигемоглобина в крови 4 % и более наблюдаются функциональные сдвиги в организме и повышенная опасность для людей, страдающих заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Окись углерода взаимодействует с дыхательными ферментами, миоглобином, железом плазмы, нарушает углеводный и фосфорный обмен. Проявляется:
1) ухудшением остроты зрения и способности оценивать длительность интервалов времени;
2) нарушением некоторых психомоторных функций головного мозга (при содержании 2–5 %);
3) изменениями деятельности сердца и легких (при содержании более 5 %);
4) головными болями, сонливостью, спазмами, нарушениями дыхания и смертностью (при содержании 10–80 %).
Группа риска при воздействии оксида углерода состоит из лиц с заболеваниями коронарных сосудов, цереброваскулярной и периферической сосудистых систем, больных анемией, заболеваниями легких, а также людей, испытывающих повышенные физические нагрузки. В концентрациях 9–16 мг/м3 окись углерода способна привести к повышению смертности от инфаркта миокарда.
При хроническом воздействии окиси углерода возникает головная боль, головокружение, быстрая утомляемость, эмоциональная неустойчивость, боли в области сердца. Наиболее выражены нарушения деятельности нервной и сердечно-сосудистой систем. Тахикардия. Повышение артериального давления. Адинамия, сонливость.
Диоксид серы и серный ангидрид.
Диоксид серы (SO2) и серный ангидрид (SO3) в комбинации с взвешенными частицами и влагой оказывают наиболее вредное воздействие на человека. Больные престарелого возраста, длительно болеющие дети, лица, страдающие респираторными заболеваниями, астмой, особенно чувствительны к воздействию диоксида серы. Концентрации диоксида серы на уровне 0,25 мг/м3 вызывают ухудшение их самочувствия. Характерной особенностью сернистого ангидрида является раздражающее действие на слизистые оболочки верхних дыхательных путей в концентрациях 16–32 мг/м3 и на слизистую глаз в концентрации более 50 мг/м3. Болезненные ощущения, вызванные раздражающим действием газа в концентрации 120 мг/м3, человек выдерживает 3 мин, в концентрации 300 мг/м3 – 1 мин. Хроническое воздействие ангидрида на органы дыхания способствует возникновению бронхитов, в ряде случаев с астматическими явлениями, а также других респираторных заболеваний.
Сероводород – бесцветный газ, плотностью 1,54 г/л, с запахом тухлых яиц, активный восстановитель. Запах сероводорода ощущается при концентрациях 0,04–0,10 мг/м3. При больших концентрациях действует как сильный нервный яд. При действии 10 000 мг/м3 и выше отравление может развиться очень быстро (судороги и потеря сознания со смертельным исходом от остановки дыхания или паралича сердца). Блокирует дыхательные ферменты в результате реакции с железом, что ведет к тканевой аноксии. Раздражающе действует на слизистую органов дыхания и глаз. При концентрации 20 мг/м3 наблюдаются раздражение и заболевания конъюнктивы и роговицы.
Наиболее чувствительными в отношении диоксида азота являются лица, страдающие бронхиальной астмой, у которых при концентрациях 0,19 мг/м3 наблюдается явление выраженного бронхоспазма. Повышенную чувствительность к этому веществу проявляют также дети и лица, страдающие хроническими заболеваниями органов дыхания.
Оксиды азота (прежде всего ядовит диоксид азота NO2), соединяющиеся при участии ультрафиолетовой солнечной радиации с углеводородами (среди них наибольшей реакционной способностью обладают олефины), образуют пероксилацетилнитрат (ПАН) и другие фотохимические окислители, в том числе пероксибензоилнитрат (ПБН), озон (О3), перекись водорода (H2O2), диоксид азота. Эти окислители – основные составляющие фотохимического смога, повторяемость которого велика в сильно загрязненных городах, расположенных в низких широтах северного и южного полушарий (Лос-Анджелес, в котором около 200 дней в году отмечается смог, Чикаго, Нью-Йорк и другие города США; ряд городов Японии, Турции, Франции, Испании, Италии, Африки и Южной Америки). Оценка скорости фотохимических реакций, приводящих к образованию ПАН, ПБН и озона, показывает, что в ряде южных городов бывшего Советского Союза летом в околополуденные часы (когда велик приток ультрафиолетовой радиации) эти скорости превосходят значения, начиная с которых отмечается образование смога. Так, в Алма-Ате, Ереване, Тбилиси, Ашхабаде, Баку, Одессе и других городах при наблюдаемых уровнях загрязнения воздуха максимальная скорость образования О3 достигла 0,70–0,86 мг/(м3/ч), в то время как смог возникает уже при скорости 0,35 мг/(м3/ч). Наличие в составе ПАН диоксида азота и йодистого калия придает смогу коричневый оттенок. При концентрации ПАН выпадает на землю в виде клейкой жидкости, губительно действующей на растительный покров.
Все окислители (в первую очередь ПАН и ПБН) сильно раздражают и вызывают воспаление глаз, а в комбинации с озоном раздражают носоглотку, приводят к спазмам органов грудной клетки, а при высокой концентрации (свыше 3–4 мг/м3) вызывают сильный кашель и ослабляют возможность на чем-либо сосредоточиться. В городах вследствие постоянно увеличивающегося загрязнения воздуха неуклонно растет число больных, страдающих такими заболеваниями, как хронический бронхит, эмфизема легких, различные аллергические заболевания и рак легких. В Великобритании 10 % случаев смертельных исходов приходится на хронический бронхит, при этом 21 % населения в возрасте 40–59 лет страдает этим заболеванием. В Японии в ряде городов до 60 % жителей болеют хроническим бронхитом, симптомами которого являются сухой кашель с частыми отхаркиваниями, последующее прогрессирующее затруднение дыхания и сердечная недостаточность. Заболевание связано с длительным раздражением бронхов различными вредными факторами (сернистым ангидридом, окислами азота и другими химическими соединениями). В результате происходят изменения функции и морфологии бронхиальных желез и слизистой бронхиального дерева, интоксикация организма, присоединение инфекции. Формируется хронической воспалительный процесс бронхов с вовлечением сердечно-сосудистой системы и других органов.
Одним из наиболее распространенных веществ в воздушной среде городов России является бензпирен, который содержится в выбросах алюминиевых, сталеплавильных производств, энергетических установок, нефтеперерабатывающих заводов, автотранспорта. Бензпирен – канцероген, отнесен к группе 1 в соответствии с «Перечнем веществ, продуктов производственных процессов и природных факторов, канцерогенных для человека» (Гигиенические нормативы (ГН) 1.1.029-95, утвержденные Госсанэпиднадзором России).
Бактериологическое загрязнение воздушной среды
Биологические объекты, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии, различны: бактерии, вирусы, споры плесневых грибов, дрожжевые грибы, цисты простейших, споры мхов и др. При этом воздух не является благоприятной средой для размножения микроорганизмов. Основным источником загрязнения воздуха является почва.
Содержание микроорганизмов в воздухе колеблется как в течение суток, так и в различные сезоны года. В холодный период года воздух менее загрязнен микроорганизмами, а летом наблюдается более высокое их содержание, что связано с высыханием верхних слоев почвы и усиленным поступлением ее частичек в воздух.
Бактериальная обсемененность в городах может достигать 30000–40000 в 1 м3, в то время как в зеленой пригородной зоне – около 1000 в 1 м3. Над океанами и снежными вершинами гор воздух почти стерилен.
Воздушная среда является путем передачи многих аэрогенных инфекций, возбудители которых обладают достаточной стойкостью. Через воздух распространяются возбудители коклюша, дифтерии, кори, скарлатины, гриппа.
В России за последние годы на фоне стабилизации инфекционной заболеваемости по отдельным нозологическим видам наблюдаются увеличение интенсивности вспышек острых кишечных инфекций и рост заболеваемости вирусной этиологии. Инфекции сегодня занимают второе-третье место среди прочих болезней населения нашей планеты. Известно, что нозологическая самостоятельность любого заболевания определяется прежде всего этиологическим агентом. При выполнении этого требования к инфекционным заболеваниям относятся 60–70 % всей заболеваемости населения. При этом среди десяти заболеваний, являющихся основными причинами смерти, семь имеют инфекционную природу.
Воздушным путем передаются такие заболевания, как натуральная оспа, туляремия, сибирская язва, туберкулез и др. Установлено, что во время чихания образуется до 40 000 мелких капелек, содержащих микроорганизмы. Инфицированные капельки, находясь во взвешенном состоянии, могут распространяться на значительные расстояния и представлять эпидемиологическую опасность.
Уровень бактериального загрязнения воздуха в помещениях зависит от воздухообмена, санитарного состояния и др. Принято считать, что атмосферный воздух является чистым в бактериологическом отношении, если число бактерий летом не превышает 750, а зимой – 150 в 1 м3.
Гигиенические требования к качеству атмосферного воздуха населенных мест
Основами регулирования качества атмосферного воздуха населенных мест являются гигиенические нормативы – предельно допустимые концентрации (ПДК) атмосферных загрязнений химических и биологических веществ, соблюдение которых обеспечивает отсутствие прямого или косвенного влияния на здоровье населения и условия его проживания. ПДК – такие концентрации, которые не оказывают на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей.
Для отдельных веществ допускается использование ориентировочных безопасных уровней воздействия (ОБУВ), для которых устанавливаются сроки их действия.
В жилой зоне и на других территориях проживания должны соблюдаться ПДК и 0,8 ПДК – в местах массового отдыха населения, на территориях размещения лечебно-профилактических учреждений для длительного пребывания больных и центров реабилитации.
Предотвращение появления запахов, раздражающего действия и рефлекторных реакций у населения, а также острого влияния атмосферных загрязнений на здоровье в период кратковременных подъемов концентраций обеспечивается соблюдением максимальных разовых ПДК (ПДК мр).
Предотвращение неблагоприятного влияния на здоровье населения при длительном поступлении атмосферных загрязнений в организм обеспечивается соблюдением среднесуточных ПДК (ПДК ее).
Для веществ, имеющих только среднесуточные ПДК, при использовании расчетных методов определения степени загрязнения атмосферы используются ПДК ее (табл. 3).
Таблица 3
ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, принятые в России, и рекомендации ВОЗ
Соблюдение для жилых территорий ПДК, а для зон массового отдыха 0,8 ПДК обеспечивается с учетом суммации биологического действия веществ или продуктов их трансформации в атмосфере, а также загрязнения атмосферы за счет действующих, строящихся и намеченных к строительству объектов, являющихся источниками загрязнения атмосферного воздуха.
Состояние загрязнения воздуха несколькими веществами, наблюдаемыми в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя – индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующие значения ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют.
Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения более 500 000 жителей. Загрязнение воздуха специфическими веществами зависит от вида промышленности, развитой в городе. Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов многих специфических веществ до сих пор остается нерешенной.
Профилактика загрязнения и оздоровление атмосферного воздуха
Охрана и оздоровление воздушного бассейна городов обеспечиваются комплексом защитных мер, в основе которых находится система государственных законодательных актов и нормативных регламентирующих документов по планировке, застройке и благоустройству населенных мест. Важнейшими документами в этой области являются следующие: Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (с изменениями от 30 декабря 2001 г., 10 января, 30 июня 2003 г.), принятый Государственной Думой 12 марта 1999 г., Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы (СанПиН) 2.1.6.1032-01 «Гигиенические требования к обеспечению качества атмосферного воздуха населенных мест», утвержденные постановлением Минздрава России от 17 мая 2001 г. № 14, и др.
В соответствии с законодательно-нормативными требованиями для защиты воздушного бассейна от загрязнения осуществляются меры конструктивно-технологического, планировочного и санитарно-технического характера.
Меры конструктивно-технологического характера включают разработку и применение технологий, обеспечивающих максимальное использование сырья, промежуточных продуктов и отходов производства по принципу безотходной или малоотходной технологии. К ним относятся также рекуперация растворителей, герметизация производственного оборудования и работа отдельных трактов в условиях разряжения, сокращение неорганизованных выбросов, замена сухих процессов мокрыми, применение бездымного, малодымного и малосернистого топлива и т. д.
Меры планировочного характера включают выбор под застройку хорошо проветриваемых площадок, свободных от явлений инверсии и кумуляции загрязнений; правильное взаиморасположение источников выбросов и жилых зон с учетом направлений розы ветров; создание санитарно-защитных зон между источниками выбросов и жилой застройкой.
Санитарно-защитные зоны в зависимости от ожидаемого характера и дальности распространения загрязнений могут иметь различную протяженность. В соответствии с СанПиН 2.2.1./2.1.1.1031-01 «Санитарно-защитные зоны» установлены для предприятий различные классы вредности по характеру загрязнения атмосферного воздуха. Таких классов выделено пять.
Размер санитарно-защитной зоны исчисляется от мест выделения загрязнений в атмосферу до жилых и общественных зданий, до границ территорий детских, лечебных, оздоровительных учреждений, сооружений спорта и отдыха. В пределах санитарно-защитной зоны большего класса вредности могут располагаться предприятия меньшего класса вредности с аналогичными вредными выделениями.
Меры санитарно-технического характера имеют целью уменьшение выброса в атмосферу взвешенных и газообразных загрязнителей, образование которых характерно для данного уровня производственной технологии. По задачам эти меры разделяются на меры, направленные на извлечение взвешенных веществ, и на меры, предусматривающие очистку выбросов в атмосферу от газообразных и парообразных загрязнителей. В первом случае применяются осадительные, инерционные и центробежные сооружения с методами сухой и мокрой фильтрации и электрофильтрации.
Очистка от газообразных и парообразных загрязнителей многообразна и осуществляется с учетом особенностей технологического процесса.
Борьба с загрязнениями воздушного бассейна автомобильным транспортом осуществляется средствами технического, планировочного и организационного характера.
К техническим мерам относятся регулировка двигателей до оптимального соотношения горючей смеси в санитарном отношении, применение газообразного топлива, использование газовых катализаторов и др.
К планировочным мерам защиты воздуха относятся следующие – функциональное деление транспортных магистралей города с выводом интенсивных автотранспортных потоков за пределы жилых районов, а транзитных – за пределы города; рациональная застройка улиц с применением газозащитных полос в виде зеленых насаждений, устройство транспортных развязок на основных магистралях с сооружением тоннелей и др.
Организационные меры защиты от загрязнения воздуха автотранспортом включают рациональное распределение транспортных потоков по их интенсивности, составу, времени и направлению движения, внедрение регулирования движения по принципу зеленой волны, систему контроля технического состояния транспортных средств, наблюдение за состоянием дорожных покрытий и др.