ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ, ИХ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 9 страница

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, бен-з(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

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА 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.

В районе Клинского завода "Термприбор", который перерабатывает до 90 тыс. т ртути, концентрация ее пара в радиусе 1 км от предприятия превы­шает ПДК_м.р в 2—3 раза. Содержание пара ртути Хайдарканского металлурги­ческого комбината в атмосферном воздухе селитебной территории превышает ПДК_М 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).

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

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

ТАБЛИЦА 68 ТАБЛИЦА 69

Содержание ртути Кратность превышения ПДК_М._Р

в атмосферном воздухе загрязняющих веществ в атмосферном
на расстоянии 0,5—1 км от воздухе в зоне влияния выбросов

источника выброса, мкг/м³ завода цветных металлов

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).

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 частица-

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

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.

ми. 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.

ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

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, пре­
дусматривающих 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 значитель­
но токсичнее по сравнению с самими препаратами. В безветренную погоду, при
температурной инверсии, высокой влажности воздуха в таких районах образу­
ется 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).

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

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.

Закономерности распространения в атмосферном воздухе загрязняющих веществ

В управлении качеством воздушного бассейна большое значение имеет знание закономерностей распространения вредных веществ в атмосферном воз­духе. Данные об условиях переноса и распределения примесей в атмосферном воздухе необходимы для: 1) государственного планирования мероприятий в области охраны атмосферного воздуха; 2) проектирования и строительства на­селенных пунктов; 3) развития зон рекреации; 4) рационального размещения жилых районов и промышленных предприятий, расположения территорий раз­ного назначения по отношению друг к другу; 5) разработки наиболее инфор­мативных и адекватных критериев оценки загрязнения атмосферного воздуха; 6) установления вкладов, вносимых источниками, расположенными в опреде­ленном районе, в общее загрязнение атмосферного воздуха; 7) разработки карт расчетных концентраций для различных атмосферных загрязнений; 8) прогно­зирования качества атмосферного воздуха; 9) построения модельных систем мо­ниторинга состояния атмосферного воздуха; 10) предупреждения неблагоприят­ного воздействия вредных веществ на здоровье населения. Для гигиенической оценки тенденций в изменении состояния атмосферного воздуха необходимо помимо состава вредных веществ, обусловливающих специфику их действия на организм человека, знать их концентрацию, определяющую интенсивность влияния того или иного ингредиента. Концентрация атмосферных загрязнений зависит от ряда факторов, а именно: величины выброса, высоты выброса, рас­стояния от источника выброса, метеорологических условий (направление, ско­рость ветра, влажность, атмосферное давление, температурная инверсия, солнечная радиация).

Объем вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух, неодина­ков в разных районах зависит от вида и интенсивности антропогенной деяте­льности, а также принимаемых мер для сокращения. На основании многолет­них наблюдений установлено, что чем больше выброс за единицу времени, тем больше вредных веществ поступает в воздушный бассейн. Эта зависимость под­тверждается данными, приведенными в табл. 72.

При изменении величины выброса в диапазоне от 8 до 102 г/кг топлива кон­центрация серы диоксида увеличивается в 31 раз. Технология, режим эксплуа­тации производства, наличие и эффективность работы пылегазоочистных уста­новок обусловливают сезонные и суточные изменения величины выброса. Так,

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ВОЗДУХЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

ТАБЛИЦА 72 ТАБЛИЦА 73

Зависимость концентрации Сезонные колебания

серы диоксида от величины концентрации сажи и серы

выброса при сжигании угля диоксида в атмосферном воздухе

ТЭС, котельные в теплое время года работают с меньшей мощностью и поэто­му расходуют меньше топлива. Следовательно, выбросы золы, сажи и серы ди­оксида уменьшаются (табл. 73).

Если зимой фактическая концентрация сажи составляла 0,141 мг/м³, а се­ры диоксида — 1,500 мг/м³, то летом их содержание в атмосферном воздухе уменьшилось в 2 и 11 раз соответственно. Установлено, что в холодное время года в дальний перенос вовлекается больше соединений серы, чем в теплое. Продолжительность пребывания их зимой возрастает в 1,5 раза, а скорость трансформации увеличивается летом в 2,5 раза. Величина выброса атмосфер­ных загрязнений изменяется и в течение суток. Концентрация их ночью ниже, чем утром, в 5—10 раз. То, что максимальная концентрация углерода оксида, диоксида и других наиболее распространенных в воздушной среде населенных мест ингредиентов наблюдается именно днем, объясняется увеличением ин­тенсивности выбросов промышленными предприятиями и транспортом в это время суток. Резко отражаются на абсолютной величине выброса и изменения в работе пылегазоочистных установок. Так, при снижении коэффициента очи­стки с 99,8 до 99,2 выброс увеличивается в 4 раза. Объем выброса может из­меняться также при переходе на другой вид топлива и технологию сжигания. Использование многозольного и многосернистого топлива приводит к увели­чению выбросов золы, серы диоксида и других ингредиентов (табл. 74, 75).

Следовательно, при сжигании природного газа выброс аэрозолей по срав­нению с выбросом твердых частиц во время сжигания топливной нефти мень­ше в 4 раза, серы диоксида — в 1570 раз, углеводородов — в 6,25 раз.

Сравнительная характеристика величины выброса указанных выше ингре­диентов в зависимости от технологии сжигания топлива свидетельствует о наи­большей экологической безопасности конвейерной решетки. В Киеве на Дар-ницкой и Киевской ТЭС с изменением топливной структуры (увеличение использования природного газа до 98,5%) выброс золы уменьшился в 3 раза, а серы диоксида — в 5 раз.

При одинаковом абсолютном выбросе степень загрязнения атмосферно­го воздуха в населенных пунктах может значительно изменяться в зависимос­ти от высоты выброса. Различают высокие (Н > 50 м), средние (Н = 10—50 м),

РАЗДЕЛ IV. САНИТАРНАЯ ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

ТАБЛИЦА 74 Изменение величины выброса в атмосферу загрязняющих веществ при сжигании природного газа и нефти

ТАБЛИЦА75 Изменение величины выброса вредных веществ в зависимости от технологии сжигания битуминозногоугля, кг/т

Рис.79. Изменение сечения дымо­вого факела при разной высоте вы­броса (а, б, в)

низкие (Н = 2—10 м) и наземные (Н < 2 м) источники выбросов. На основании фундамен­тальных исследований, выполненных гигие­нистами школы В.О. Рязанова, было установ­лено: чем выше источник выброса, тем боль­ше сечение дымового факела в точке касания его поверхности земли и во всех точках, боль­ше скорость ветра, интенсивнее процессы тур­булентности, а также меньше концентрация примесей. Изменение сечения дымового фа­кела определяется величиной раскрытия его угла. По данным Г.В. Шелейховского (1949), угол раскрытия факела колеблется в пределах 10—60° (рис. 79).

Данные, приведенные в табл. 76, подтверж­дают эту зависимость.

Так, при изменении высоты выброса га­зовоздушной смеси (ГВС) от 2 до 36 м, т. е. при увеличении ее в 18 раз, концентрация пы­ли уменьшается в 416 раз, а серы диоксида — в 159 раз при V = 210 м³/с, М_ПШ1И = 0,225 г/с,

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ВОЗДУХЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

M_so = 0,074 г/с. ГВС при этом переносится на большие расстояния. Считают, что при высоких "горячих" выбросах зона максимального загряз­нения находится в пределах 10—40-кратной вы­соты этих выбросов, а при "холодных" низких — в пределах 5—20-кратной высоты.

Степень разбавления выброса атмосферным воздухом зависит и от расстояния, которое про­ходит ГВС до определенной точки. Чем дальше относится дым от места выброса, тем больше се­чение факела. Данные, приведенные в табл. 77, дают возможность проанализировать динамику изменения содержания пестицидов в атмосфер-

ном воздухе в зависимости от удаления неорга­низованных источников загрязнения воздушного бассейна. Хлорорганические пестициды распространяются в радиусе 600 м от складов хранения. Их кон­центрация уменьшается в атмосферном воздухе по мере удаления (с 3,65 до 0,25 мг/м³). При увеличении расстояния в 6 раз максимальное содержание этих веществ в атмосферном воздухе уменьшается в 11 раз, а на расстоянии 700— 1000 м они не определяются. Такая же закономерность характерна и для рас­сеивания фосфорорганических пестицидов. Но, в отличие от хлорорганичес-ких пестицидов, они распространяются в радиусе 900 м. На основании про­веденных исследований была рекомендована СЗЗ для таких складов размером не менее 1000 м.

В реальных условиях концентрация веществ, загрязняющих атмосферный воздух, снижается медленнее, так как дымовой факел, касаясь земли, дефор­мируется, сечение его увеличивается меньшей степени, чем квадрат расстоя­ния. Значение этой поправки возрастает по мере удаления ГВС от источника

ТАБЛИЦА 77 Распространение пестицидов в атмосферном воздухе в зависимости от оасположения складов

выброса. Вот почему концентрация атмосфер­ных загрязнений в воздухе снижается мед­ленно. Эти данные имеют важное значение для обоснования размера СЗЗ промышленных предприятий. Экспериментально установлено, что от предприятий строительной промышлен­ности и машиностроения наибольшие кон­центрации примесей в атмосферном воздухе наблюдаются на расстоянии до 1 км. Круп­ные химические и металлургические предпри-

ятия создают максимум загрязнения в радиусе 2—4 км. Многочисленные га­зовые и дымовые факелы на территории города могут перекрываться, образуя большие зоны повышенного загрязнения воздуха. Это необходимо учитывать при обосновании фоновых концентраций. Характер эмиссии вредных приме­сей, выбрасываемых промышленными предприятиями, проиллюстрирован на рис. 80—84.

Конусообразный факел наблюдается при безразличной устойчивости ат­мосферы, когда превалирует механическая турбулентность, а небо затянуто облаками днем и ночью. Половина угла факела составляет почти 10°. Большая часть загрязнений переносится ветром на значительные расстояния, прежде чем достигнет уровня земли.

Волнообразный факел наблюдается в условиях сильной конвективной тур­булентности и является следствием сверхадиабатического вертикального гра­диента температуры, который приводит к значительной неустойчивости атмо­сферы. Характерен для ясных дней, когда земная поверхность нагревается сол­нечными лучами. Тепловые вихри могут быть достаточно сильными, чтобы переносить выбросы вниз до уровня земли за короткое время. Хотя здесь на­блюдается тенденция к рассеиванию примесей в большом объеме, в отдельных участках приземного слоя концентрация их может быть значительной.

Нитевидный факел наблюдается при условии большого отрицательного градиента температуры, образования инверсии над трубой. Механическая тур­булентность выражена слабо. Если плотность ГВС незначительно отличается от плотности воздуха, примеси перемещаются в направлении ветра приблизи­тельно на одинаковой высоте. Чаще бывает в ясные ночи, когда земля охлаж­дается, излучая тепло. Земной поверхности достигает лишь небольшое коли­чество летучих веществ.

Задымляющий факел наблюдается в том случае, если устойчивый слой воздуха находится на небольшом расстоянии, над точкой выброса, а неустой­чивый — ниже выброса. Температурный профиль, способствующий образо­ванию задымления, формируется рано утром. Утреннее солнце нагревает зем­лю, развивается отрицательный температурный градиент в направлении от поверхности земли. Когда неустойчивый слой достигает высоты трубы, бо­льшие объемы выброса из нее переносятся в направлении ветра к поверхности земли. Это длится не более получаса. Но в течение этого времени приземная концентрация может достигать относительно высоких значений. Задымлению