ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ, ИХ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 8 страница

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

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

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).

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 С10_х. 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 производ-

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

ство 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 "Директи-

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

вами-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 и ртути.

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).

ТАБЛИЦА 59 Доля выбросов автотранспорта в выбросах вредных веществ в крупных городах мира

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

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.

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.

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-

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

ТАБЛИЦА 61 Содержание вредных веществ в выхлопных газах автомобилей в зависимости от режима работы и типа двигателей

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, NO_x — в 1,2—2 раза.

Атмосферный воздух загрязняется также во время заправки автотранспор- •: та 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 коли-

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

чество 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 ПДК_{ср 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.

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). 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). В малосернистом угле содержание серы составляет до 1%, а в высокосернистом — более 3%.

При сжигании угля с содержанием минеральной части А^р = 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.

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

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 62 Соотношение выбросов при сжигании различных видов топлива, %

ТАБЛИЦА 63

Содержание основных вредных

примесей в дыме, образующемся

во время сжигания различных

видов топлива, г/м³

ТАБЛИЦА 64 Содержание минеральной части и серы в угле, %

ТАБЛИЦА 65 Содержание примесей в золе твердого топлива, мг/кг

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Спектр ингредиентов, попавших в атмосферный воздух при сжигании мазута и природного газа, приведен в табл. 66.

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.

На качество атмосферного воз­духа оказывает влияние и технология сжигания. Если при послойном ме­тоде сжигания лишь 3% выбрасыва-

емых 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 полихлориро-ванных 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. Трехцикличес-кие 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, содержащих 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 раз-

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

вития 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.