3 курс / Гигиена / Гигиена воздуха

ГВС переходит в нитевидный факел. При таких условиях загрязнения рассеиваются во время перемещения примесей в направлении ветра, и значительной приземной концентрации не наблюдается.

Рис. 11. Приподнятый факел

Большое значение в формировании загрязнения воздушного бассейна в городе имеет направление ветра. При относительно равномерном размещении промышленных объектов на территории населенного пункта зона повышенного содержания ингредиентов смещается в подветренную сторону. Строительство промышленных объектов даже за чертой города по отношению к жилым кварталам без учета розы ветров может привести к тому, что выбросы будут переноситься в сторону города. Поэтому при осуществлении предупредительного государственного санитарного надзора промышленные объекты необходимо размещать в направлении, исключающем возможность создания неблагоприятной экологической ситуации. Установлено, что для одиночных источников выбросов максимум концентрации атмосферных загрязнений наблюдается при направлении ветра, вдоль этих источников, а если имеется группа параллельно расположенных источников, та неблагоприятным оказывается ветер, направленный перпендикулярно к ним.

Если бы уровень загрязнения атмосферного воздуха зависел только от величины выброса и направления ветра, то он не изменялся бы при постоянном выбросе и одном и том же направлении ветра. Однако в реальных условиях атмосферный цикл начинается с выброса примесей в воздух, после чего они переносятся ветром и разбавляются воздухом. В этом процессе играет роль скорость ветра. Установлено, что наибольшая концентрация примесей в приземном слое атмосферного воздуха образуется при определенной скорости ветра, которую называют опасной. В местах, где преобладают низкие холодные выбросы промышленных предприятий, наивысшие концентрации можно ожидать при скоростях ветра 1–2 м/ сек. В районах размещения промышленных предприятий с высокими трубами и горячими выбросами высокие концентрации будут наблюдаться при скоростях 4–7м/сек. В современных промышленных центрах обычно имеется два пика подъема

31

концентраций в зависимости от скорости ветра. Первый характерен для низких выбросов в связи с выхлопными газами автотранспорта, а второй – для высоких за счет выбросов крупных промышленных предприятий. Высокие концентрации наблюдаются и при ослаблении ветра до штиля. В связи с этим необходимо при решении вопросов предупредительного санитарного надзора учитывать повторяемость штилевых состояний. Последние наблюдаются с большой повторяемостью во многих географических областях, но особенно характерны для областей с континентальным климатом в периоды антициклонической погоды.

Следующим фактором, который играет определенную роль в рассеивании примесей в атмосферном воздухе, является температурная стратификация, или распределение температуры по высоте. Атмосфера – это термодинамическая система, в которой вертикальное перемещение воздушных масс при определенных условиях может рассматриваться как адиабатический процесс. При этом каждая масса, поднимающаяся вверх, будет охлаждаться, а опускаясь, нагреваться. Во время подъема массы воздуха атмосферное давление уменьшается, объем массы воздуха увеличивается, а температура снижается. Во время опускания массы воздуха ее объем уменьшается, а температура повышается.

Изменение температуры воздуха на каждые 100 м подъема, выраженной в градусах Цельсия, называется вертикальным температурным градиентом.

Величина вертикального температурного градиента колеблется. В летний период она приближается к 1°С, а в холодный – снижается до десятых долей и минусовых величин. Когда с увеличением высоты температура повышается, градиент температуры отрицательный и атмосферные условия определяются как инверсия. Наличие инверсии уменьшает вертикальное перемешивание загрязнений, что приводит к увеличению их концентрации в приземном слое атмосферного воздуха. Наиболее часто встречаются инверсия оседания (приземная) и радиационная (приподнятая) инверсия.

Главными характеристиками инверсий температуры является их повторяемость, мощность и интенсивность. Мощность инверсии определяют по разнице между верхней и нижней границами инверсии, выраженной в километрах. Интенсивность инверсии – это разница температур на ее границах (°С). Повторяемость приземных инверсий и слабого ветра в континентальных районах определяет возможность застоя воздуха в этих районах. В результате частого застоя воздуха строительство предприятий с низкими и холодными выбросами на этой территории обусловливает накопление вредных веществ в приземном слое атмосферы.

Максимальные мощности и интенсивность инверсий наблюдаются зимой.

32

Образуется как бы большая крыша, препятствующая поднятию загрязненного воздуха подниматься в верхний слой атмосферы. Местные климатические условия, рельеф местности могут способствовать распространению выбросов от источника загрязнения за пределы населенного пункта на десятки и сотни километров. Поэтому при проектировании промышленных предприятий должны быть предусмотрены такие условия, при которых максимальная приземная концентрация вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух с выбросами, была бы ниже их ПДК.

На степень загрязнения атмосферного воздуха влияют облачность,

туманы, радиационный режим и осадки. Так, облачность, особенно низкая,

препятствует турбулентному обмену в атмосфере и способствует появлению продолжительной инверсии, при которой количество примесей в воздухе увеличивается от 10 до 60%. При поглощении примесей влагой могут образоваться более токсичные вещества. Например, происходит окисление серы диоксида до серной кислоты. При этом возрастает массовая концентрация примеси, так как вместо 1 г серы диоксида образуется 1,5 г серной кислоты. Во время тумана концентрация загрязнений увеличивается на 40–110% по сравнению с наблюдающейся до тумана. Под влиянием солнечной радиации происходят фотохимические реакции и образуются вторичные продукты загрязнения атмосферы, которые могут быть токсичнее веществ, поступающих из источников выброса.

Зеленые насаждения выполняют роль своеобразных «фильтров» атмосферных примесей. Растения очищают воздух от пыли. Под кронами деревьев на поверхности почвы осаждается в 5–10 раз больше пыли, чем на открытой местности. Например, сосновый древостой способен задерживать на 1 га до 36 т пыли. Даже зимой деревья имеют пылезащитное значение. За осенне-зимний период средняя концентрация пыли в воздухе под деревьями снижается до 37%, летом – до 42%. Способность разных видов растений задерживать пыль обусловлена строением их листовых пластинок. Наиболее эффективны в этом отношении кустарники с клейкими шероховатыми листьями. Так, вяз задерживает пыли в 6 раз больше, чем тополь, а 1 га березовых насаждений – 1100–2300 кг за вегетационный период.

Установлено, что наилучшую «фильтрующую способность» имеют вяз периветвистый, клен ясенелистый, сирень обыкновенная. Пыль, оседающая на поверхности растений, содержит большое количество частиц тяжелых металлов. Поэтому деревья и кустарник способствуют снижению загрязнения атмосферного воздуха тяжелыми металлами, аккумулируя их в своих органах (листьях, корневой системе). Зеленые насаждения также поглощают и нейтрализуют токсичные газы. Фитонциды, выделяемые в окружающую среду

33

растениями, могут осаждать, окислять и нейтрализовать летучие вещества. Эффективнее всего поглощают и нейтрализуют газы следующие породы зеленых насаждений: клен ясенелистый, клен остролистый, липа мелколистая, айлант высокий, ель колючая, береза повисшая. Активность зеленых насаждений изменяется в течение года. Начиная с октября, лиственные деревья не влияют на содержание атмосферных загрязнений, а хвойные породы деревьев и кустарников в этот период проявляют активность. Таким образом, в составе зеленых насаждений необходимо предусматривать и хвойные породы деревьев и кустарников.

5. ПРОЦЕССЫ ТРАНСФОРМАЦИИ ВЕЩЕСТВ, ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВОЗДУХ

Степень загрязнения атмосферы зависит от множества факторов. Процесс рассеивания примесей ухудшается при особо неблагоприятных метеорологических условиях, которые характерны для Восточной Сибири. В такие периоды возможно образование фотохимического и токсического туманов (таблица 5).

Таблица 5 Условия, способствующие образованию фотохимического и

токсического туманов

Компоненты загрязнения атмосферного воздуха подвергаются за время пребывания в атмосфере изменениям за счет физических и химических процессов. Наиболее изученным является процесс образования в атмосфере городов фотооксидантов, или так называемого фотохимического смога. Данный процесс происходит под воздействием на загрязненный городской воздух ультрафиолетового излучения Солнца, которое служит катализатором цепных химических реакций.

34

Для образования фотохимического смога необходимо, чтобы под влиянием кванта УФИ (hv) диоксид азота, постоянно присутствующий в воздухе современных городов, превратился в оксид азота и при этом образовался атом кислорода:

NO2 + hv = NO+ O

Атомарный кислород (О), вступая в реакцию с молекулярным кислородом воздуха (О2), обусловливает образование озона (О3):

O+ O2= O3

Часть образовавшегося озона расходуется на окисление оксида азота:

NO+ O3 = NO2 + O2

Регенерированный диоксид азота вновь может разлагаться под влиянием УФИ, продолжая цепь реакций. Остальной озон и часть атомарного кислорода взаимодействуют с углеводородами и другими органическими соединениями:

RH + О = R + ОН

Часть образовавшихся при этом свободных радикалов (R) реагирует последовательно с молекулярным О, вновь регенерируя озон:

R + О2 = RО2;

RО2 + О2 = RО+ О3.

Конечными продуктами этих реакций являются свободные радикалы (R) и другие органические соединения, обладающие высокой реакционной способностью и по этой причине получившие название фотооксиданты. При взаимодействии этих органических соединений с оксидами азота происходит образование других фотооксидантов – токсичных веществ, обладающих к тому же и раздражающим свойством. В частности, речь идет об образовании таких высокотоксичных перекисных соединений, как пероксиацетилнитрат (ПАН) и пероксибензоилнитрат (ПБН):

RО2 + NO= ПАН; RО2 + NO= ПБН.

Для острого воздействия ПАН и ПБН характерно раздражение слизистой оболочки органов зрения и обоняния, верхних дыхательных путей. Они конденсируют атмосферную влагу, в результате чего образуется туман. Пероксиды токсичны и для растений, произрастающих в городе. Условиями, способствующими образованию фотохимического смога при высоком уровне загрязнения атмосферного воздуха органическими соединениями и оксидами азота, являются обилие солнечной радиации, температурные инверсии и малая скорость ветра. Пик концентраций фотооксидантов отмечается в полдень.

При токсическом тумане диоксид серы и взвешенные вещества в условиях повышенной влажности способны проникать глубоко в легкие, достигая альвеол и оказывая местное и общетоксическое действие. В такие

35

периоды возникают массовые заболевания бронхитом, пневмонией, бронхиальной астмой.

6. ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

1.Экономический ущерб. При выбросах загрязнений в атмосферу происходит значительная потеря топлива, продукции и других ценных компонентов (недожога, продуктов неполного сгорания, цемента, сернистого газа, окиси углерода и т. д.). Известны случаи, когда доходы от утилизации выбрасываемых в воздух загрязнений превышали общий доход предприятия от выпуска своей основной продукции. По имеющимся данным, количество цемента, выбрасываемого цементными заводами в атмосферу, измеряется сотнями тонн в год. Весьма ценным продуктом является и сернистый газ, который при утилизации может быть переработан в сернистую, серную и другие кислоты, на производство которых затрачиваются немалые средства. С большим экономическим эффектом может быть использован и угарный газ, который является недоокисленным продуктом горения, а, следовательно, может быть подвергнут доокислению, то есть является горючим газом. При сжигании его может быть получено значительное количество дополнительной энергии.

Выбрасываемые продукты часто являются агрессивными и способствуют более быстрому разрушению строительных конструкций. При этом происходит повреждение растительности. Особенно чувствительными породами деревьев являются хвойные и фруктовые, а также некоторые мхи.

2.Влияние на микроклимат населенных мест. Так как пылевые частицы

ввоздухе являются ядрами конденсации влаги, при увеличении количества выбрасываемых загрязнений увеличивается число туманов, снижается интенсивность солнечной радиации особенно ультрафиолетовой (наиболее ценной) части ее. В результате снижается биологическое влияние солнечной радиации, общая резистентность организма, а также степень освещенности, что влияет на функцию зрения, а косвенным образом также увеличивает экономический ущерб (приходится больше пользоваться искусственными источниками света).

3.Влияние на санитарно-гигиеническое состояние. Загрязнения атмосферы увеличивают загрязнение окон, квартир, снижают УФобеспеченность и т. д., что, в конечном счете, также сказывается на состоянии здоровья людей.

4.Самое важное – это непосредственное влияние на состояние

36

здоровья человека. Согласно данным многих исследований, установлено, что загрязнения атмосферы оказывают и непосредственное влияние на здоровье людей. Возможно увеличение числа кожных заболеваний, заболеваний слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, злокачественных новообразований в легких, резко обостряются различные хронические заболевания и т.д. Влияние атмосферных загрязнений на состояние здоровья населения подтверждается многочисленными статистическими данными, полученными при возникновении токсических туманов (смогов) и при других ситуациях.

7. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ

Ущерб здоровью является самым грозным последствием загрязнения воздуха, так как большинство ксенобиотиков поступает в организм через органы дыхания, за которыми нет химического заслона. Кроме того необходимо учитывать, что человек ежесуточно потребляет значительное количество воздуха. Реакция организма на воздействие атмосферных загрязнений будет зависеть от индивидуальных особенностей, возраста, пола, состояния здоровья, метеоусловий. Наиболее уязвимыми являются пожилые люди, дети, больные, люди, работающие во вредных производственных условиях, курильщики.

За прошедшие после этого годы накопилось много данных о вредном влиянии загрязненного атмосферного воздуха, расширились представления о проявлениях вредного или неблагоприятного действия различных атмосферных загрязнений.

Все описанные случаи вредного действия атмосферных загрязнений на здоровье по времени проявления эффекта можно разделить на две основные группы: 1) острое действие, когда эффект наступает непосредственно за периодом повышения концентраций; 2) хроническое действие, являющееся результатом длительного резорбтивного влияния атмосферных загрязнений и выявляемое как эффект за какой-то период, необходимый для его проявления.

Острое воздействие. Острое воздействие загрязнения атмосферного воздуха проявляется только в особых ситуациях, связанных с неблагоприятными метеорологическими условиями или с аварией на предприятии – источнике загрязнения воздуха. Острое воздействие может сопровождаться повышением смертности от хронических заболеваний, общей заболеваемости, частоты обращаемости по поводу обострения хронических сердечно-сосудистых, легочных и аллергических заболеваний, а также

37

физиологическими и биохимическими сдвигами в организме неспецифического характера. В периоды резкого повышения уровня загрязнения острота этих нарушений резко возрастает. Компоненты загрязнения воздуха в этих случаях, как правило, играют роль не этиологических, а провоцирующих факторов, способствующих повышению заболеваемости.

Типичными примерами острого действия атмосферных загрязнений являются случаи токсических туманов, наблюдавшиеся в различных странах и на разных континентах. Все случаи токсических туманов объединяют некоторые общие черты: они наблюдались в периоды неблагоприятных метеорологических – условий, сопровождающиеся резким подъемом концентраций в атмосферном воздухе сернистого газа и взвешенных веществ. Первые смертельные исходы наступали к 3-му дню тумана и прекращались при улучшении метеорологических условий. Заболеваемость (обращаемость в больницы за медицинской помощью) возрастала также к 3-му дню тумана и продолжалась некоторое время после его прекращения. Страдали в основном дети в возрасте до 1 года и лица старше 55 лет. Особенно часто заболевали те, кто страдал каким-либо легочным или сердечно-сосудистым заболеванием. Непосредственной причиной смерти являлась сердечно-сосудистая недостаточность. При вскрытии умерших в периоды токсических туманов были отмечены лишь явления раздражения дыхательных путей.

Вероятно, первой причиной появления токсических туманов следует считать предшествующий им высокий уровень загрязнения атмосферы. Нельзя не принять во внимание вначале гипотезу, а затем и полученные данные, что причиной токсического действия в период туманов явилась способность сернистого газа в присутствии взвешенных веществ проникать глубоко в легкие, создавая там высокие концентрации.

Теория взаимодействия «газ – аэрозоль – организм» была проверена в экспериментальных условиях и получила подтверждение. Очевидно, в периоды длительных неблагоприятных условий возможно усиление действия и других газов и паров, отличающихся хорошей растворимостью в воде и в связи с этим в обычных условиях задерживающихся в верхних дыхательных путях. Известны случаи острого действия атмосферных загрязнений не связанные с устойчивыми неблагоприятными метеорологическими условиями, а являющиеся результатом кратковременного подъема концентраций загрязнителей. Примером такого влияния являются вспышки бронхиальной астмы в Новом Орлеане (США). Они сопровождались развитием астматических приступов у лиц, никогда не страдавших этим заболеванием. Эти вспышки оказались связанными с загрязнением воздуха города продуктами сжигания отходов в определенные сезоны года, когда ветер приносил эти загрязнения в

38

город. Их связи с загрязнением воздуха была установлена с помощью кожных проб реакция на вытяжки из фильтров, через которые пропускались большие объемы атмосферного воздуха.

Можно связать появление острых случаев аллергических заболеваний с загрязнением воздуха такими биологическими продуктами, как белковая пыль дрожжей и продукты их жизнедеятельности.

Описано острое действие атмосферных загрязнений и при возрастании их концентраций в более короткий срок. Для Чикаго (США) установлена корреляция между загрязнением воздуха и частотой и длительностью обострений заболеваний у лиц, страдающих хроническим бронхитом. Исследования в Нэшвиле (США) свидетельствуют о корреляции между загрязнением воздуха и частотой и длительностью обострений бронхиальной астмы. Указанные эффекты были наиболее выражены на следующий день после относительного повышения концентраций сернистого газа. Подобные исследования возможны при ежедневной регистрации взятого для анализа показателя здоровья и уровней загрязнения с разбивкой всех данных по уровням наблюдавшегося загрязнения. В этих исследованиях, также как в случаях токсических туманов, показатели сравнивают без контрольной группы. Контролем служит уровень показателя здоровья в дни с низким загрязнением воздуха.

Особенность изучения острых влияний загрязнения окружающей среды состоит в том, что одна и та же группа населения является и контрольной (периоды низких уровней загрязнения) и опытной (периоды повышенного уровня загрязнения). Устанавливается зависимость между показателями здоровья и уровнями загрязнения за часы, дни или недели в зависимости от продолжительности этого загрязнения.

Загрязнители атмосферы, оказывающие хроническое воздействие, могут быть разделены на две подгруппы: оказывающие хроническое специфическое действие, когда загрязнитель атмосферы играет роль этиологического фактора; оказывающие хроническое неспецифическое действие, когда загрязнитель атмосферы играет роль провоцирующего фактора.

К группе загрязнителей с хроническим специфическим действием относятся фтор, бериллий, кадмий. Описан флюороз при ингаляционном поступлении соединений фтора у населения, проживающего в зоне влияния выбросов алюминиевых и суперфосфатных заводов. Сырье этих заводов (бокситы, нефелины, апатиты) содержат соединения фтора, которые в больших количествах присутствуют в выбросах предприятий в атмосферный воздух. Случаи бериллиоза среди населения, не имевшего профессионального контакта

39

с бериллием, также описаны исследователями. Это хроническое заболевание, проявляющееся характерным узелковым процессом в легких.

С поступлением кадмия и его соединений в организм связывают «итайитай» – заболевание, зарегистрированное среди населения ряда префектур Японии. Симптоме заболевания, «итай-итай» выявлены среди населения Льежа (Бельгия).

К группе загрязнителей, оказывающих хроническое специфическое действие, следует отнести также метилртуть, асбест. Метилртуть, является этиологическим фактором болезни Минамата, протекающей по типу центрального паралича. Впервые зарегистрированная в Японии болезнь Минамата явилась причиной смертельных исходов в Гане, Иране, Ираке. Большое внимание в последние годы уделяется присутствию в воздухе пыли асбеста и появлению в связи с этим продуктивного узелкового процесса в легких.В то же время факт появления специфических для воздействия конкретных загрязнителей заболеваний среди населения, не имеющего профессионального контакта с ними, не получающего их с водой и пищей (бериллиоз, флюороз, «итай-итай», Минамата, асбестоз) служит подтверждением вредного влияния на здоровье атмосферных загрязнений.

Хроническое неспецифическое действие, вызываемое второй подгруппой загрязнителей, наиболее типичное проявление длительного влияния факторов окружающей среды малой интенсивности вообще и атмосферных загрязнений в частности. Для выявления хронического неспецифического действия необходимо знать уровень показателей характеризующих здоровье у населения, проживающего в аналогичных социально-экономических и климатогеографических условиях, но не подвергающегося воздействию атмосферных загрязнителей. Следовательно, необходимо сопоставление показателей здоровья населения контрольных и опытных групп. Основная трудность при изучении провоцирующего влияния загрязнений атмосферного воздуха на состояние здоровья населения состоит в выделении из большой группы действующих факторов одного. Для этого используются специальные методические приемы, касающиеся выбора зон наблюдения, характеристик здоровья, наиболее адекватных изучаемым загрязнителям и уровням загрязнения, формирования опытных и контрольных групп, способа наблюдения за отобранными группами, источников информации, а также математико-статистических методов обработки полученных данных.

Наиболее важным при планировании изучения влияний загрязнения атмосферного воздуха на здоровье является наличие не менее трех районов наблюдения с разным уровнем загрязнения атмосферного воздуха:

40