Загрязнение атмосферного воздуха как важная гигиеническая и экологическая проблема. Самоочищение атмосферного воздуха и его санитарная охрана.

В состав воздушной среды постоянно входят раз­нообразные посторонние включения, попадающие в него из различных источников. С течением времени в результате деятельности человека, направленной на развитие технического прогресса, количество таких посторонних примесей к воздушной среде увеличи­вается. В настоящее время так называемый чистый воздух в населенных пунктах практически можно по­казывать лишь в виде экспоната.

Все загрязнения воздушной среды можно разде­лить на три вида:

1. Твердые (пыль).

2. Жидкие (пары).

3.Газообразные..

Твердые загрязнения (пыль) по происхождению можно разделить на несколько категорий:

а) Почвенная пыль. Поднимается в воздухе поверх­ности почвы в результате перемещения воздушных масс. Этому особенно способствует движение транс­портных средств.

б) Космическая пыль. На землю из космоса осе­дает некоторое количество твердых частиц, не имею­щих практического значения.

в) Морская пыль. Образуется в результате высы­хания брызг соленой воды при волнении моря. Также не имеет практического значения.

г) Твердые выбросы в атмосферу из энергетичес­ких установок (промышленных предприятий и отопи­тельных систем).

д) Иногда в отдельную категорию выделяют ра­диоактивную пыль, попадающую в воздух в результа­те аварийных ситуаций на предприятиях, использую­щих радионуклиды.

Наибольшее практическое значение имеют пыле­вые загрязнения, выбрасываемые в воздух энерге­тическими системами,поскольку количество послед­них постоянно возрастает. При этом роль промыш­ленных предприятий и домовых отопительных сис­тем может меняться в зависимости от местных усло­вий. В некоторых местах ведущую роль играют про­мышленные предприятия, в других — домовые ото­пительные системы. Но в целом промышленные пред­приятия являются в этом отношении ведущими. По данным, полученным из многих стран, отмечено, что с развитием промышленности количество загрязне­ний, поступающих в воздух, пропорционально уве­личивается. Особенно много твердых загрязнений поступает в воздух при сжигании твердого топлива (угля). При этом в воздух выбрасываются: 1) зола, 2) недожог, 3) сажа.

Зола представляет собой негорючие примеси к углю, содержание которых в нем может варьировать от 6-12 % (высокосортные угли) до 30-35 % (низко­сортные).

Недожог представляет собой несгоревшие час­тицы угля, количество которых зависит от степени аэрации энергетической установки.

Сажа — это продукт неполного сгорания угля. Она является наиболее патогенным компонентом из твердых выбросов, так как содержит смолистые ве­щества, среди которых имеют место и канцерогенные смолы (3,4-бензпирен, 1,2,5,6-дибензантрацен, метил-холантрен и др.).

Зола является самым существенным компонентом выбросов энергетических установок.

Существует два способа сжигания угля: послойный и пылевидный. При первом способе уголь набрасы­вают в топку слоями, при втором —.предварительно измельчают и вводят в топку в виде пыли. При этом коэффициент полезного действия значительно воз­растает.

При пылевидном сжигании топлива, являющимся наиболее эффективным, в воздух (через трубу) выбра­сывается около 80% образующейся золы. Поэтому при сжигании угля, содержащего 30% золы (к примеру, подмосковный уголь), в воздух поступает около 240 кг золы на каждую тонну сжигаемого топлива (в одной тонне содержится 300 кг золы, 80% от которых соста­вит 240 кг). Таким образом, крупная ТЭЦ, потребляю­щая около 1000 тонн угля в сутки, выбрасывает около 240 тонн золы. Для наглядности можно представить себе, что это 80 трехтонных грузовиков. К этому сле­дует добавить еще недожог и сажу. Кроме того, неко­торые промышленные предприятия выбрасывают в воз­дух специфические продукты, загрязняющие атмосфе­ру (к примеру, цементные заводы). В результате в го­родах с развитой промышленностью в воздухе витает огромное количество пыли. В частности, установлено, что в крупных городах с развитой промышленностью на каждый квадратный километр поверхности из воз­духа оседает пыль, измеряемая тысячами тонн в год. Например, в Луганске — около 1300 т/км², в Днепро­петровске — около 1500 т/км² и т.д., причем в этих данных отчетливо проявляется влияние развития про­мышленности, оказываемое на степень загрязнения воздуха. Например, в Остраве в 1954 г. на каждый ки­лометр поверхности оседало 557 тонн пыли, а 1958 г. с развитием промышленности — 1018 тонн. Такие же примеры можно привести и по другим городам.

Атмосферную пыль в соответствии с классифика­цией Джиббса разделяют на следующие категории:

а) собственно пыль (оседает с ускорением, вели­чина частиц 100-10 микрон);

б) облака или туманы (оседает с постоянной ско­ростью, величина частиц 10-0,1 микрон);

в) дым (не оседает, а находится постоянно в со­стоянии броуновского движения, величина частиц менее 0,1 микрона).

Степень дисперсности пылевых частиц имеет так­же значение с точки зрения проникновения их в ды­хательные пути. Самая крупная пыль (величина час­тиц более 10 микрон) в основном задерживается в верхних Дыхательных путях и выводится с секретом слизистых оболочек. Более глубоко проникает пыль с величиной частиц от 5 до 10 микрон. Наиболее опас­ной считается пыль с величиной частиц менее 5 мик­рон, которая проникает в альвеолы.

Источниками газообразных загрязнений воздуха являются в основном промышленные предприятия и отопительные системы, в которых сгорает уголь, однако в качестве источников газообразных загряз­нений следует назвать также транспорт, использующий двигатели внутреннего сгорания. Уголь содержит в себе в качестве постоянной примеси серу, которая при сгорании угляокисляется до сернистого газа. Этот газ является основным компонентом газообразных загрязнений, выбрасываемых в воздух энергетичес­кими установками.

Каждая крупная ТЭЦ дополнительно к пыли вы­брасывает в сутки около 300 тонн сернистого газа, а также окись углерода, двуокись углерода, окислы азота и др. Кроме того, многие промышленные пред­приятия выбрасывают в воздух значительное количе­ство специфических газообразных примесей. В част­ности, химические предприятия выбрасывают в воз­дух огромное количество разнообразных токсичес­ких компонентов.

Автомобильный транспорт, широко распростра­ненный в современных городах, является основным источником загрязнения воздуха окисью углерода. Кроме этого, транспорт выбрасывает в воздух разно­образные окислы азота, двуокись углерода, недосго-ревшие углеводороды, озон и др. газы. Дизельные двигатели выбрасывают в воздух также сажу, а дви­гатели, использующие в качестве топлива этилирован­ный бензин, — значительное количество свинца. Каж­дый работающий двигатель легкового автомобиля обычно выбрасывает ввоздух около 3 м³ чистой оки­си углерода в час, а грузовые — вдвое больше. Число автомобильного транспорта постоянно растет, и в настоящее время количество автомобилей в мире со­поставимо с количеством населения.

В результате этого в воздухе крупных городов с интенсивным автомобильным движением концентра­ция окиси углерода значительно превышает предель­но допустимые нормы.

Жидкие загрязнения образуются в воздухе глав­ным образом за счет взаимодействия газообразных загрязнений с атмосферной влагой. В результате, например, из сернистого газа, выбрасываемого в воз­дух энергетическими системами, образуются кисло­ты, содержащие серу, и т.д., которые затем выпада­ют из атмосферы в виде так называемых кислотных дождей.

В настоящее время все вместе взятые загрязнения воздушной среды достигают во многих случаях таких Высоких концентраций, которые представляют опас­ность для здоровья и жизни людей. Высокие степени загрязнения атмосферы принято называть'сейчас ток­сическими туманами или смогами. Такие смоги в преж­ние времена случались довольно редко и лишь в не­которых городах, отличающихся характерными по­годными условиями. Дело в том, что погодные усло­вия играют существенную роль в возникновении та­ких токсических туманов. Последние образуются обычно при некотором сочетании метеорологических факторов: при низкой облачности, наличии темпера­турной инверсии (см. предыдущую лекцию), полном штиле. Именно при таком стечении метеорологичес­ких условий загрязнения, выбрасываемые в воздух, не разносятся ветром, т. е. не разбавляются и кон­центрируются у поверхности.земли. Раньше класси­ческим городом, где возникали эти туманы, был Лондон, однако в последние годы география их воз­никновения резко расширилась. Они стали появлять­ся практически во всех городах мира, даже в Японии, где смог называют "когай". В связи с этим во многих городах вынуждены предпринимать чрезвычайные меры по защите людей от вредного влияния этих смо-гов. Так, в Лос-Анджелесе при достижении определенных концентрации токсических веществ в воздухе объявляются тревоги номер 1, 2, 3. В соответствии с объявлением этих тревог предпринимаются меры по снижению концентрации этих загрязнений: приоста­навливается деятельность некоторых предприятий, выбрасывающих в воздухособенно большое количе­ство токсических веществ, перекрываются для движе­ния некоторые транспортные магистрали. Известно, например, что турецкие власти при достижении вы­соких концентраций загрязнения воздуха прекраща­ют деятельность некоторых школ, не рекомендуют людям выходить на улицу и т.д. Особенно это касает­ся детей и лиц пожилого возраста. В Германии и Япо­нии при таких обстоятельствах людям рекомендуют пользоваться приспособлениями для защиты органов дыхания (респираторами, противогазами).

Степень загрязненности воздуха в значительной степени зависит от разнообразных условий:

а) от времени года (зимой больше, чем летом, по­тому что включаются отопительные системы);

б) от времени суток (максимальное — утром, ми­нимальное — ночью);

в) от силы и направления ветра (разбавление);

г) от вертикального градиента температуры (тем­пературной инверсии);

д) от степени влажности воздуха (туманы способ­ствуют концентрации загрязнений);

е) от частоты и количестваатмосферных осадков;

ж) от расстояния по отношению к источникам вы­бросов. Наибольшее количество пыли оседает вблизи места выброса. Так, вокруг ТЭЦ с количеством выбро-сов-200 тонн/сутки концентрация пыли достигает:

на расстоянии 0,5 км - 5,94 мг/м³ на расстоянии 1 км - 3,11 мг/м³ на расстоянии 2 км - 1,21 мг/м³ на расстоянии 3 км - 0,47 мг/м³