3 курс / Гигиена / Гигиена воздуха

Инертные газы. На инертные газы приходится 1% воздуха (аргон, неон, гелий, криптон, ксенон), по характеру действия на человека они аналогичны азоту.

Углекислый газ. На долю углекислого газа приходится 0,04% воздуха. Он является источником углерода органических веществ. Углекислый газ поступает в атмосферу в процессе дыхания, брожения, гниения и окисления органических веществ при их распаде, сгорании горючего. Потребление происходит в результате ассимиляции его растениями в процессе фотосинтеза. Мощным регулятором содержания углекислого газа в атмосфере является океан. Углекислый газ играет большую роль в жизнедеятельности человека и животных, являясь возбудителем дыхательного центра. Снижение его концентрации не представляет опасности, а повышение выше 0,05–0,07% приводит к гипоксии.

Озон. Из других постоянных газов воздуха с гигиенической точки зрения интерес представляет озон. До недавнего времени считалось, что данный газ является лишь природной составляющей воздуха и присутствует в приземном слое атмосферы за счет заноса из стратосферы, где он образуется в результате диссоциации кислорода под действием ультрафиолетовых лучей. В настоящее время считают, что его присутствие служит показателем загрязнения воздуха. Установлено, что озон является промежуточным продуктом фотохимических реакций. Он обладает высокой реакционной способностью, являясь окислителем.

К непостоянным составным частям атмосферного воздуха относятся взвешенные (твердые) и газообразные вещества, аэрозоли, пары.

3. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

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.

11

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).

Вещества, загрязняющие атмосферный воздух, могут иметь природное и техногенное происхождение.

3.1.Природные источники загрязнения

Кприродным источникам поступления относятся извержения вулканов, вынос морских солей, выветривание почвы, растения, лесные и торфяные пожары, пыльные бури и другие. При извержении вулканов в воздух выбрасывается аэрозоль в виде пепла, пары воды, соединения углерода, водород, диоксид серы, хлор и т.д. В атмосферном воздухе может содержаться космическая пыль в незначительной концентрации (0,0001%). Морская пыль образуется вследствие испарения воды из брызг и капель морской воды и представляет собой кристаллы соли. В разгар цветения от одного растения в атмосферный воздух может поступать пыльца. Содержание пыльцы зависит от сезона года, наличия и особенностей растительности. Пыльца является причиной аллергических заболеваний у человека (сенной лихорадки или поллиноза). Большинство природных источников загрязнения атмосферного воздуха обусловливают в основном более или менее ограниченные изменения состава атмосферного воздуха, так как извержения вулканов, лесные пожары, пыльные или песчаные бури бывают не каждый день и не повсеместно.

3.2.Техногенные источники загрязнения

1. Предприятия теплоэнергетики (теплоэлектростанции, котельные установки). Характер загрязнения атмосферного воздуха продуктами сгорания минерального топлива определяется следующими факторами: видом топлива, условиями его сжигания в различных топочных устройствах, наличием и технической эффективностью очистных сооружений, условиями выбросов (высотой труб, скоростью выхода газов и их температурой). Большое значение имеют метеорологические условия и рельеф местности. Современная энергетика базируется в основном на использовании таких горючих ископаемых, как уголь, нефть, природный газ, мазут. В зависимости от типа применяемого топлива существенно меняется состав и количественные

12

соотношения отдельных видов загрязнения. Основными продуктами неполного сгорания углеводородного топлива являются оксиды углерода и соединения серы – органическая, сульфидная (колчедан), сульфатная сера. Минеральные примеси представляют собой силикаты, сульфаты, сульфиды, карбонаты, оксиды металлов, фосфаты, хлориды щелочных металлов. Среди газообразных загрязнений атмосферного воздуха ТЭС ведущее место занимают оксиды серы. Наиболее высокое содержание данного соединения отмечается в мазуте. Практически вся сера, содержащаяся в мазутах, при сжигании превращается в диоксид серы. При горении угля образуются окислы азота, которые при взаимодействии с углеводородами, находящимися в приземных слоях атмосферы, образуют озон. При сжигании каменного угля, кроме газообразных выбросов, образуется зола (современная ТЭС при сжигании 2000 т угля будет выбрасывать в атмосферу ежесуточно 320 т золы). При сжигании зола распределяется на 2 части: одна оседает, остается в топке, другая выносится через трубы вместе с газами в атмосферу (летучая зола). Количество летучей золы зависит от метода сжигания угля. Она на 95% состоит из мельчайших твердых минеральных частичек размером до 5 мкм. В минеральной части золы содержится 42–49% диоксида кремния, 24–38% алюмосиликатов, 10–16% соединений железа, кальций, магний и другие. В золе присутствуют некоторые металлы, которые принято считать канцерогенами (хром, никель, бериллий, мышьяк) и естественные радионуклиды. Неполное сгорание углеводородного топлива ведет к образованию канцерогенных ПАУ, в том числе 3,4- бенз(а)пирена. Дисперсность пылевых частиц золы определяет длительность их пребывания в воздухе и действие на организм. В таблице 1 приведены сведения об основных токсических веществах, существенная часть которых поступает в атмосферный воздух с продуктами сгорания топлив.

Наибольшее практическое значение имеют пылевые загрязнения, выбрасываемые в воздух энергетическими системами. 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).

13

Продолжение таблицы 1

15

Продолжение таблицы 1

16

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

Сажа – это продукт неполного сгорания угля. Она является наиболее опасным компонентом из твердых выбросов, так как содержит смолистые вещества, среди которых имеют место и канцерогенные смолы (3,4- бенз(а)пирен, 1,2,5,6-дибензантрацен, метил-холантрен и др.). Зола является самым существенным компонентом выбросов энергетических установок.

Существует два способа сжигания угля: слоевой 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.

2. Автотранспорт. Особенностью автомобильного транспорта, как источника загрязнения воздуха, является:

численность автотранспорта в крупных городах быстро увеличивается, следовательно, увеличивается и выброс вредных веществ в атмосферу;

автомобиль в отличие от промышленных предприятий и предприятий теплоэнергетики является движущимся источником загрязнения и его негативное воздействие распространяется на жилые районы, места отдыха и т.д.;

автомобильные выбросы распространяются на уровне дыхания человека,

иих рассеивание в условиях городской застройки затруднено;

использование автомобилей вторичного рынка.

Степень загрязнения атмосферного воздуха зависит от многих факторов

(рис. 2).

факторы

Рис. 2. Факторы, влияющие на загрязнение атмосферного воздуха автотранспортом

17

Все движение транспортного средства состоит из последовательных изменений этих четырех режимов:

холостые обороты

разгон

маршевый режим

торможение

Изменение режимов движения приводит к немедленному изменению состава и концентрации выбросов. Рисунок 3 показывает, как изменяется выбросы основных загрязняющих веществ при изменении режимов движения. Скорость движения также имеет непосредственное влияние на выбросы. Необходимо отметить, что выброс углеводородов уменьшается с повышением скорости, выброс оксидов азота – увеличивается (рис. 4).

Углеводороды

СО

Выхлопные газы содержат более 200 химических веществ, в том числе продукты неполного сгорания топлива (углекислый газ, альдегиды, кетоны, углеводороды, в том числе канцерогенные, водород, сажу, перекисные соединения), продукты термических реакций азота с кислородом, за счет чего образуются оксиды азота, вещества, которые входят в состав топлива (соединения свинца, диоксид серы).

Для повышения октанового числа бензина к нему добавляют различные присадки. В течение многих лет широко применялся тетраэтилсвинец, в последние годы его использование ограничено и сейчас используют менее токсичные антидетонаторы.

18

Количество и состав отработанных газов определяются конструктивными особенностями автомашин, в первую очередь типом двигателя (табл. 2).

Таблица 2 Сравнительная характеристика карбюраторного (бензинового) и

дизельного двигателей

Исследования, проведенные корпорацией Volvo позволяют наиболее полно оценить выбросы от использования различных видов топлива. Расчеты приведены для одной и той же марки автомобиля Volvo 740 GL (табл. 3).

Таблица 3 Сравнительная характеристика выбросов при использовании различного

топлива1

1 По материалам volvocars.com, The Volvo Car Corporation s Fuel Database, Environmental Report 26, Goteborg, Sweden, 1991

19

Увеличение плотности транспортных средств на магистралях и дорогах ведет к изменению режима движения и увеличению времени разгона, которое характеризуется наиболее интенсивным выбросом отработанных газов. Большое значение имеют интенсивность и плотность транспортных потоков. При малой плотности потока (10 автомобилей/км) возможно движение со свободной скоростью, при групповом движении (11–30 автомобилей/км) падение скорости потока ведет к дополнительному расходу топлива. При колонном движении (31–100 автомобилей/км) скорость потока снижается вплоть до затора, что еще больше увеличивает расход топлива и, следовательно, повышает уровень загрязнения воздуха.

3. Промышленные предприятия. Характер выбросов зависит от вида предприятия. Сравнительная оценка качественного состава выбросов некоторых промышленных предприятий представлена в таблице 4.

В последние годы цветная металлургия прочно занимает одно из ведущих мест по объему выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Технология производства цветных металлов связана с образованием большого объема газа, который содержит диоксид серы, диоксид углерода, аэрозоли конденсации металлов. При производстве свинца, цинка, меди, кобальта, никеля, алюминия атмосферный воздух может загрязняться оксидами указанных металлов, фтористым водородом, пылью глинозема, смолистыми веществами и канцерогенными ПАУ, в частности 3,4-бенз(а)пиреном.

Иркутская область является одним из лидеров по производству алюминия. Производство алюминия-сырца осуществляется путем электролиза криолит-глиноземных расплавов при температуре 958–965˚С. Катодом при этом является жидкий алюминий, анодом – непрерывный обожженный анод, погружаемый сверху в ванну. Процесс происходит в электролизерах, включенных последовательно в серию, ведется непрерывно. Исходным сырьем для получения алюминия являются глинозем, фтористые соли (криолит, фтористый алюминий), анодная масса. Основным процессом, происходящим на

катоде, является восстановление ионов трехвалентного алюминия:

Al3+ + 3e → Al

В процессе электролиза выделяются следующие вредные вещества: взвешенные вещества, плохо растворимые твердые фториды, фтористый водород, диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота, бензол, оксид азота, сажа, ксилол, толуол, пыль графитовая, пыль неорганическая: 70–20% SiO2, нафталин, антрацен, фенантрен, уайт-спирит и пр.

20