Другие составные части воздуха и естественные примеси

Кроме основных составных частей — кислорода, азота, диоксида углерода, в атмосферном воздухе содержатся водород, метан, закись азота, аммиак, сероводород. Эти газы являются результатом естественных процессов, происходящих на поверхности земли и в атмосфере.

Водород образуется в высоких слоях атмосферы в результате фотохимического разложения молекул воды на кислород и водород.

Водород не поддерживает дыхания, в свободном состоянии он не усваивается и не выделяется живыми организмами. Кроме водорода, в атмосферном воздухе содержится незначительное количество метана, концентрация которого не превышает 0,00022%. Метан выделяется при анаэробном гниении органических соединений в качестве составной части природного газа. Метан не поддерживает дыхания, при накоплении его в воздухе в больших концентрациях возможна смерть от асфиксии.

Небольшие количества аммиака в атмосферном воздухе объясняются разложением органических веществ. Его концентрация зависит от степени загрязнения данной территории нечистотами и органическими выбросами. Зимой вследствие замедления процессов гниения концентрация аммиака несколько ниже, чем летом. В чистом воздухе, вдали от населенных мест концентрации аммиака в воздухе не превышают 0,003—0,005 мг/м³. В воздухе населенных пунктов, особенно в загрязненных кварталах, аммиака может быть во много раз больше. При анаэробных процессах разложения серосодержащих органических веществ возможно образование сероводорода, который уже в малых концентрациях придает воздуху неприятный запах. В атмосферном воздухе в небольших концентрациях могут находиться йод и перекись водорода. Йод попадает в атмосферный воздух из-за мельчайших капелек морской воды и морских водорослей. В европейской части западные ветры более богаты йодом, чем восточные, которые дуют с суши.

Перекись водорода образуется из-за взаимодействия ультрафиолетовых лучей с молекулами воздуха и вместе с озоном способствует окислению органических веществ в атмосфере.

Водяные пары. В атмосферном воздухе постоянно присутствуют водяные пары. Основная масса водяных паров сосредоточена в тропосфере, с подъемом на высоту количество водяных паров уменьшается. Абсолютное содержание водяных паров в атмосфере зависит от времени года и широты местности. Влажность воздуха повышается с приближением к экватору и уменьшается к полюсам. Из водяных ларов воздуха формируются облака, туманы, метеорные

Гигиена воздушной среды «■ 97

юлы, дающие начало текучим водам, питающим открытые и закрытые водоисточники.

Количество осадков, выпадающих в течение года, является одним из факторов формирования климата, растительности, эрозивной деятельности почвы внной местности.

Благодаря круговороту воды в природе поддерживается баланс воды. Вода юступает в атмосферу в виде водяных паров при испарении с поверхностей юрей и суши, ее выделяют человек и животные, растительный покров, вода ^разуется при разложении органических веществ. Метеорные воды в виде дождя, снега выпадают из атмосферы на поверхность земли и идут на питание растений, животных, человека, поступают в водоемы, насыщают почвенный покров и т. д. Испаряясь, вода вновь поступает в атмосферу и круговорот воды продолжается.

Вещества, взвешенные в атмосферном воздухе, представлены пылью естественного и искусственного происхождения.

Пыль бывает космическая, вулканическая, наземная, морская пыль и пыль лесных пожаров. Концентрации пыли вариабельны и зависят от многих причин. Космическая пыль образуется в мировом пространстве в результате сгорания метеоритов. Она мелкодисперсна, медленно оседает на почву, ее концентрации ничтожны.

Вулканическая пыль может распространяться на большие расстояния, долго удерживаться во взвешенном состоянии, что может привести к интенсивному эапылению атмосферы больших регионов земного шара. Сильные извержения вулканов бывают нечасто, поэтому вулканическая пыль не представляет серьезной угрозы для атмосферного воздуха населенных мест.

Морская пыль представлена кристаллами соли, которые образуются при испарении капель воды, эта пыль имеет ограниченное географическое распространение.

Большую загрязненность воздуха дает пыль наземная, состоящая из пыли почвенной и растительной. Загрязнение воздуха почвенной пылью актуально для населенных пунктов, расположенных в зонах действия суховеев в пустынных или полупустынных местностях. Почвенная пыль этих районов на 70-80% состоит из минеральных соединений с высоким содержанием свободной двуокиси кремния, но в крупных городах при высокой степени благоустройства (асфальтовые покрытия, озеленение и механизированная уборка улиц) почвенная пыль не вносит существенного вклада в загрязнение атмосферного воздуха.

В атмосферном воздухе постоянно присутствуют пыльца растений, споры ■рибов, бактерий. Такая пыль может быть причиной аллергических заболевали. В период цветения растений учащаются случаи аллергических ринитов. Большую роль в освобождении атмосферы от взвешенных веществ играют хтественные процессы самоочищения, в частности разбавление загрязнений конвекционными токами воздуха у поверхности земли. Циклоническая деятельность тропосферы, ее большой объем создают благоприятные условия для теремешивания воздушных масс и снижения концентраций взвешенных ве-цеств. Существенным элементом самоочищения атмосферы является выпаде-ше из воздуха крупных частиц пыли и сажи. С подъемом на высоту количе-

98 -о- ГИГИЕНА «Глава 4

ство пыли уменьшается, и на высоте 7—8 км от поверхности земли пыль земного происхождения отсутствует. В процессах самоочищения участвуют и атмосферные осадки. С увеличением количества осадков увеличивается количество осевшей сажи и пыли. На концентрации пыли в атмосферном воздухе влияют метеорологические процессы, условия и характер выбросов, дисперсность пылевого аэрозоля. Крупнодисперсная пыль с частицами диаметром более 10 мкм быстро выпадает, мелкодисперсная пыль с частицами диаметром менее 0,1 мкм практически не выпадает, остается во взвешенном состоянии. Дисперсность пыли определяет ее устойчивость в воздухе, физико-химическую активность, адсорбционную способность, способность диффундировать или задерживаться защитными мембранами.

Однако естественное загрязнение атмосферного воздуха незначительно по сравнению с его искусственным загрязнением, которое с каждым годом увеличивается. Под атмосферными загрязнениями мы понимаем примеси к атмосферному воздуху, которые образуются не в результате стихийных природных процессов, а вследствие деятельности человека. Научно-техническая революция привела к увеличению и изменению промышленности. Если в начале XX века в промышленности использовались 19 природных элементов, то в 1970 г. — более 100 элементов. Многие из них высокотоксичны, оказывают гонадотоксическое, эмбриотоксическое и канцерогенное действие. За последние годы появились технологические процессы, использующие органический синтез, продукты которого с выбросами поступают в окружающую среду. Интенсификация производства привела к увеличению плотности загрязнителей на I м² площади и 1 м³ воздуха. Это приводит к качественному и количественному изменению загрязнения атмосферного воздуха.

Основными токсичными веществами, которые постоянно обнаруживаются в атмосферном воздухе промышленных городов, являются также оксиды серы, азота, углерода, оксиданты и пыль разного состава. Кроме указанных соединений, в атмосферном воздухе имеются высокотоксичные соединения, образующиеся в результате химической или фотохимической трансформации токсичных веществ. На процессы окисления влияют ультрафиолетовые лучи, присутствие озона, влажность воздуха. Например, сернистый газ окисляется в триоксид серы, который с влагой воздуха образует аэрозоль серной кислоты. Накопление серной кислоты в атмосфере приводит к выпадению кислотных дождей, особенно в промышленных районах.

Разложение диоксидов азота под влиянием ультрафиолетовых лучей на оксид азота и атомарный кислород влечет за собой образование свободных радикалов озона. Оксиды азота и углеводороды связываются с молекулярным кислородом и образуют оксиданты. Окисление углеводородов олефинового ряда (кептан, гексан, гексен) приводит к образованию высокотоксичных соединений пероксиацетилнитрона (ПАН) и пероксибензоилнитрата. Эти вещества в сочетании с оксидами азота участвуют в формировании фотохимического смога.

В загрязнении атмосферного воздуха городов участвуют выбросы промышленных предприятий и работающего автотранспорта. Почва, жилище и выделения человека занимают незначительное место среди факторов, влияющих на загрязнение воздуха города. Существенным источником загрязнения воздушной среды городов остается промышленность, которая сжигает большое

Гигиена воздушной среды <■ 99

количество топлива. Ведущее место в загрязнении атмосферного воздуха сохраняют крупные теплоэлектростанции и электростанции, работающие на низкосортном пылевидном топливе. Их выбросы составляют до 27% всех выбросов в атмосферу. По объему выбросов далее следуют предприятия черной и цветной металлургии (24 и 10% всех выбросов). В результате сжигания топлива в воздух выбрасываются летучая зола, сажа, разнообразные газообразные продукты. Летучая зола содержит кремний, кальций, магний, алюминий, железо, калий, титан, серу. Каменноугольный дым содержит, кроме сажи, смолистые вещества, в частности канцерогенный 3,4-бенз(а)пирен. Из газообразных продуктов, образующихся в результате сгорания каменного угля, наибольшая доля приходится на сернистый газ. Его количество в значительной мере определяется серосодержащими примесями в каменном угле. Выбросы сернистого газа в атмосферный воздух промышленных городов нарастают из гола в год. Многие производственные процессы, особенно добывающей и обрабатывающей промышленности, связаны с выбросом в атмосферный воздух различных газообразных и твердых токсичных веществ. Так, предприятия черной и цветной металлургии выбрасывают в атмосферу пыль меди, оксиды железа, свинца и множество разнообразных микроэлементов (табл. 4.5).

Сероводород и меркаптан присутствуют в выбросах предприятий, перерабатывающих многосернистую нефть; хлор, оксиды азота, сероуглерод дают ряд отраслей химической промышленности. На долю автотранспорта приходится более 70% всей суммы загрязнителей воздушной среды городов. Выхлопные газы автотранспорта содержат оксид углерода, озон, оксиданты как продукт трансформации оксидов азота, углеводороды, свинец, сажу. Большое значение имеют тип двигателя, режим его работы, техническое состояние, скорость и интенсивность движения транспорта. С целью уменьшения загрязнения атмосферного воздуха предлагают перевод автопарка на газ, использование нетоксичных антидетонаторов, различных присадок к топливу, изменение системы зажигания. Кроме того, концентрации оксида углерода в атмосферном воздухе крупных городов зависят от интенсивности движения, ширины улиц, озеленения, планировки города и т.д. Наиболее высокие ее концентрации отмечаются при автомобильных пробках. На тихих улицах содержание

Таблица 4.5. Территории, на которых наблюдается устойчивое ухудшение загрязнения

воздуха

100 ■> ГИГИЕНА <■ Глава 4

Таблица 4.6. Территории, на которых наблюдается устойчивое улучшение состояния атмосферного воздуха

оксидов углерода в воздухе в 5-10 раз ниже, чем в воздухе оживленных автомагистралей. Из года в год увеличиваются выбросы в атмосферный воздух железнодорожного и морского транспорта. Снижение этого загрязнения возможно с переводом транспорта на электрическую тягу (табл. 4.6).