Химический состав атмосферного воздуха, источники загрязнения атмосферного воздуха и воздуха закрытых помещений, санитарные показатели чистоты воздуха. Мероприятия по охране воздушной среды.

Химический состав воздуха имеет важное значение в осуществлении дыхательной функции. Атмосферный воздух – это смесь газов: кислорода, углекислого газа, аргона, азота, неона, криптона, ксенона, водорода, озона и др. Кислород – наиболее важен. В покое человек поглощает 0,3 л/мин. При физической деятельности потребление кислорода возрастает и может достигать 4,5 –8 л/мин Колебания содержания кислорода в атмосфере невелики и не превышают 0.5%. Если содержание кислорода уменьшается до 11-13%, появляются явления кислородной недостаточности. Содержание кислорода 7-8% могут привести к смерти. Углекислый газ – без цвета и запаха, образуется при дыхании и гниении, сгорании топлива. В атмосфере составляет 0,04%, а в промзонах – 0,05-0.06%. При большом скоплении людей может увеличиваться до 0,6 – 0,8%. При продолжительном вдыхании воздуха с содержанием 1-1,5% углекислого газа отмечается ухудшение самочувствия, а при 2-2,5% - патологические сдвиги. При 8-10% потеря сознания и смерть, воздух имеет давление, называемое атмосферным или барометрическим. Оно измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм.рт.ст.), гектопаскалях (гПа), миллибарах (мб). Нормальным принято считать давление атмосферы на уровне моря на широте 45˚ при температуре воздуха 0 ˚С. Оно равно 760 мм.рт.ст. (Воздух в помещении считается недоброкачественным, если он содержит 1% углекислого газа. Эта величина принимается как расчетная при проектировании и устройстве вентиляции в помещениях.

Загрязнения воздуха. Окись углерода – газ без цвета и запаха, образуется при неполном сгорании топлива и поступает в атмосферу с промвыбросами и выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. В мегаполисах его концентрация может доходить до 50-200мг/м3. При курении табака окись углерода попадает в организм. Окись углерода - кровяной и общетоксический яд. Она блокирует гемоглобин, он теряет способность переносить кислород к тканям. Острое отравление происходит при концентрации окиси углерода в воздухе в 200-500 мг/м3. При этом наблюдается головная боль, общая слабость, тошнота, рвота. Предельно допустимая концентрация среднесуточная 0 1 мг/м3, разовая – 6 мг/м3. Воздух могут загрязнять сернистый газ, сажа, смолистые вещества, окислы азота, сероуглерод.

Микроорганизмы. В небольших количествах всегда находятся в воздухе, куда они заносятся с почвенной пылью. Попадающие в атмосферу микробы инфекционных заболеваний быстро погибают. Особую опасность в эпидотношении представляет воздух жилых помещений и спортсооружений. Например, в борцовских залах наблюдается содержание микробов до 26000 в 1м3 воздуха. Аэрогенные инфекции в таком воздухе очень быстро распространяются.

Пыль представляет собой легкие плотные частицы минерального или органического происхождения, попадая в легкие пыль, там задерживается и вызывает различные заболевания. Производственная пыль (свинцовая, хромовая) может вызвать отравления. В городах пыль не должна превышать 0,15 мг/м3.Спортплощадки необходимо регулярно поливать, иметь зеленую зону, проводить влажную уборку. Для всех предприятий, загрязняющих атмосферу, установлены санитарно-защитные зоны. В соответствии с классом вредности они имеют разные размеры: для предприятий 1 класса – 1000 м, 2 – 500 м, 3 – 300 м, 4 –100 м, 5 – 50 м. При размещении спортсооружений вблизи предприятий необходимо учитывать розу ветров, санитарно-защитные зоны, степень загазованности воздуха и др.

Одним из важных мероприятий по охране воздушной среды являются предупредительный и текущий санитарный надзор и систематический контроль состояния атмосферного воздуха. Он производится с помощью автоматизированной системы мониторинга.

Чистый атмосферный воздух у поверхности Земли имеет следующий химический состав: кислород – 20,93%, углекислый газ – 0,03-0,04%,азот – 78,1%, аргон, гелий, криптон 1%.

В выдыхаемом воздухе кислорода на 25% меньше, а углекислого газа – в 100 раз больше.

Кислород. Важнейшая составная часть воздуха. Он обеспечивает течение окислительно-восстановительных процессов в организме. Взрослый человек в покое потребляет 12 л кислорода, при физической работе в 10 раз больше. В крови кислород находится в связи с гемоглобином.

Озон. Химически неустойчивый газ, способен поглощать солнечную коротковолновую ультрафиолетовую радиацию, губительно действующую на все живое. Озон поглощает длинноволновую инфракрасную радиацию, исходящую от Земли, и тем самым препятствует ее чрезмерному охлаждению (озоновый слой Земли). Под воздействием УФО озон разлагается на молекулу и атом кислорода. Озон – бактерицидное средство при обеззараживании воды. В природе он образуется при электрических разрядах, в процессе испарения воды, при УФО, во время грозы, в горах и в хвойных лесах.

Углекислый газ. Образуется в результате окислительно-восстановительных процессов, протекающих в организме людей и животных, горения топлива, гниения органических веществ. В воздухе городов концентрация углекислого газа увеличена за счет промышленных выбросов – до 0,045%, в жилых помещениях – до 0,6-0,85. Взрослый человек в покое выделяет 22 л углекислоты в час, а при физической работе – в 2-3 раза больше. Признаки ухудшения самочувствия у человека появляются только при продолжительном вдыхании воздуха, содержащего 1-1,5% углекислого газа, выраженные функциональные изменения – при концентрации 2-2,5% и резко выраженные симптомы (головная боль, общая слабость, одышка, сердцебиение, понижение работоспособности) – при 3-4%. Гигиеническое значение углекислого газа заключается в том, что он служит косвенным показателем общего загрязнения воздуха. Норма углекислого газа в спортзалах – 0,1%.

Азот. Индифферентный газ, служит разбавителем других газов. Повышенное вдыхание азота может оказать наркотическое действие.

Окись углерода. Образуется при неполном сгорании органических веществ. Не обладает ни цветом, ни запахом. Концентрация в атмосфере зависит от интенсивности автомобильного движения. Проникая через легочные альвеолы в кровь, она образует карбооксигемоглобин, в результате гемоглобин теряет способность переносить кислород. Предельно допустимая среднесуточная концентрация окиси углерода составляет 1мг/м3. Токсические дозы окиси углерода в воздухе составляют 0,25-0,5 мг/л. При длительном воздействии головная боль, обморок, сердцебиение.

Сернистый газ. Он поступает в атмосферу в результате сжигания топлива, богатого серой (каменный уголь). Образуется при обжиге и плавлении сернистых руд, при крашении тканей. Он раздражает слизистые глаз и ВДП. Порог ощущения 0,002-0,003мг/л. Газ вредно действует на растительность, особенно хвойные породы деревьев.

Механические примеси воздуха поступают в виде дыма, копоти, сажи, измельченных частиц почвы и других твердых веществ. Запыленность воздуха зависит от характера почвы (песок, глина, асфальт), ее санитарного состояния (полив, уборка), от загрязнения атмосферы промышленными выбросами, санитарного состояния помещений.

Пыль механически раздражает слизистые оболочки ВДП и глаз. Систематическое вдыхание пыли вызывает заболевания органов дыхания. При дыхании через нос задерживается до 40-50% пыли. Микроскопическая пыль, долго находящаяся во взвешенном состоянии наиболее неблагоприятна в гигиеническом отношении. Электрозаряженность пыли усиливает ее способность проникать в легкие и задерживаться в них. Пыль. содержащая свинец, мышьяк, хром и др. ядовитые вещества, вызывает типичные явления отравления, причем при проникновении не только при вдыхании, но и через кожу и ЖКТр. В запыленном воздухе значительно уменьшается интенсивность солнечной радиации и ионизация воздуха. Для профилактики неблагоприятного воздействия пыли на организм жилые дома располагают к загрязнителям воздуха с наветренной стороны. Между ними устраиваются санитарно- защитные зоны шириной 50-1000 м и более. В жилых помещениях систематическая влажная уборка, проветривание помещений, смена обуви и верхней одежды, на открытых площадках использование не пылящих грунтов и полив.

Микроорганизмы воздуха. Бактериальное загрязнение воздуха, как и других объектов внешней среды (вода, почва), представляет опасность в эпидемиологическом плане. В воздухе находятся различные микроорганизмы: бактерии, вирусы, плесневые грибки, дрожжевые клетки. Самым распространенным является воздушно-капельный способ передачи инфекций: в воздух поступает большое количество микробов, при дыхании попадающих в дыхательные пути здоровых людей. Например, при громком разговоре, а тем боле при кашле и чихании мельчайшие капельки разбрызгиваются на расстояние 1-1,5 м и с воздухом распространяются на 8-9 м. Эти капельки могут находиться во взвешенном состоянии 4-5 часов, но в большинстве случаев оседают через 40-60 минут. В пыли вирус гриппа и дифтерийные палочки сохраняют жизнеспособность 120-150 дней. Существует известная взаимосвязь: чем больше пыли в воздухе помещений, тем обильнее в нем содержание микрофлоры.

Мероприятия по охране атмосферного воздуха

Все направления охраны атмосферы можно объединить в четыре большие группы:

1. Группа санитарно-технических мероприятий – сооружение сверхвысоких дымовых труб, установка газопылеочистного оборудования, герметизация технического и транспортного оборудования.

2. Группа технологических мероприятий – создание новых технологий, основанных на частично или полностью замкнутых циклах, создание новых методов подготовки сырья, очищающих его от примесей до вовлечения в производство, замена исходного сырья, замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми, автоматизация производственных процессов.

3. Группа планировочных мероприятий – создание санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий, оптимальное расположение промышленных предприятий с учетом розы ветров, вынос наиболее токсичных производств за черту города, рациональная планировка городской застройки, озеленение городов.

4. Группа контрольно-запретительных мероприятий – установление предельно допустимых концентраций (ПДК) и предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ, запрещение производства отдельных токсичных продуктов, автоматизация контроля за выбросами.

К основным мероприятиям по охране атмосферного воздуха относится группа санитарно-технических мероприятий. В этой группе важным направлением охраны воздуха является очистка выбросов в сочетании с последующей утилизацией ценных компонентов и производством из них продукции. В цементной промышленности - это улавливание цементной пыли и ее использование для производства твердых покрытий дорог. В теплоэнергетике – улавливание летучей золы и утилизация ее в сельском хозяйстве, в промышленности строительных материалов.

При утилизации уловленных компонентов возникают два вида эффекта: экологический и экономический. Экологический эффект состоит в снижении загрязнения окружающей среды при использовании отходов по сравнению с применением первичных материальных ресурсов. Так, при производстве бумаги из макулатуры или использования металлолома в сталеплавильном производстве загрязнение атмосферы уменьшается на 86%. Экономический эффект утилизации уловленных ингредиентов связан с появлением дополнительного сырьевого источника, имеющего, как правило, более благоприятные экономические показатели по сравнению с соответствующими показателями производства из природного сырья. Так, производство серной кислоты из газов цветной металлургии по сравнению с производством из традиционного сырья (природной серы) в химической промышленности имеет более низкую себестоимость и удельные капитальные вложения, более высокую годовую прибыль и рентабельность.

К наиболее эффективным способам очистки газов от газовых примесей относятся три: абсорбция жидкостью, адсорбция твердым веществом и каталитическая очистка.

В абсорбционных способах очистки используются явления различной растворимости газов в жидкости и химические реакции. В жидкости (обычно воде) используются такие реагенты, которые образуют с газом химические соединения.

Адсорбционные методы очистки основаны на способности мелкопористых адсорбентов (активных углей, цеолитов, простых стекол и др.) улавливать из газов при соответствующих условиях вредные компоненты.

Основу каталитических методов очистки составляют каталитические превращения вредных газообразных веществ в безвредные. К этим методам очистки относятся инерционная сепарация, электрическое осаждение и др. При инерционной сепарации осаждение взвешенных твердых частиц происходит благодаря их инерции, возникающей при изменении направления или скорости потока в аппаратах, называемых циклонами. Электрическое осаждение основано на электрическом притяжении частиц к заряженной (осадительной) поверхности. Электрическое осаждение реализуется в различных электрофильтрах, в которых, как правило, зарядка и осаждение частиц происходит совместно.

Для уменьшения загрязнения атмосферы выбросами транспорта необходимо осуществлять следующие мероприятия:

1. совершенствование двигателей и создание новых двигателей;

2. применение альтернативных видов топлива (сжатого природного газа, сжиженных нефтяных газов, синтетических спиртов и т.д.) При использовании природного газа выброс автомобилями вредных компонентов сокращается в 3-5 раз, хотя расход горючего в двигателях внутреннего сгорания больше (при этом экономится нефть);

3. создание новых транспортных средств (электромобилей) и замена одних транспортных средств другими (автобуса – троллейбусом);

4. защита от шума (пассивная и активная). Автотранспорт снижает шум за счет развития шумоподавления дорог, снижения скорости в населенных пунктах, сооружения поперечных валков. Снижение шума на железнодорожном транспорте обеспечивается созданием экранов, тоннелей, улучшением аэродинамики локомотивов;

5. специальные мероприятия административного характера: ограничения на въезд, запреты на парковку, транспортные сектора и др.

Нормативной основой управления охраной атмосферы является стандарты качества воздуха. Показателями качества воздуха является ПДК вредных веществ, ПДВ. ПДК – это такое содержание вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека. При определении ПДК учитывается влияние загрязняющих веществ не только на здоровье человека, но и на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.

Для санитарной оценки воздушной среды используется ПДК для рабочей зоны (ПДК р.з.), максимально разовая (ПДК м.р.) и среднесуточная (ПДК с.с.). ПДК р.з. – предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны. Эта концентрация не должна вызывать у работающих при ежедневном вдыхании в течение 8 ч за все время рабочего стажа каких-либо заболеваний или отклонений от нормы в состоянии здоровья. При этом рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой расположены места пребывания работающих.

ПДК м.р. – максимально разовая концентрация вредного вещества в воздухе населенных пунктов, которая не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДК с.с. – среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания.

Для гигиенической оценки загрязнения воздуха используется комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). ИЗА, учитывающий m примесей в атмосфере, рассчитывается по формуле:

ИЗА m = (gср i/ПДКс.с.i)К

g cрi - среднесуточная концентрация i примеси

ПДКcci - среднесуточная ПДК для i –й примеси

К – 0,85; 1,0; 1,3; 1,7 соответственно для 4, 3, 2, 1 классов опасности. В зависимости от степени воздействия на организм человека все вещества подразделяются на 4 класса опасности:

1-й класс – чрезвычайно опасные вещества, значение ПДК которых в воздухе рабочей зоны не превышает 0,1 мг/м3 (бенз(а)пирен);

2 класс - высокоопасные со значением ПДКр.з. от 0,1 до 1 мг/м3

(сероводород, фенол, диоксид азота);

3 класс - умеренно опасные со значением ПДКр.з. от 1 до 10 мг/м3 (диоксид серы, сажа);

4 класс – малоопасные со значением ПДК более 10 мг/м3.

В Беларуси уровень загрязнения считается низким при ИЗА меньше 5, повышенным при ИЗА от 5 до 6, высоким при ИЗА от 7 до 13 и очень высоким при ИЗА равном или большем 14.