Основные загрязнители атмосферы

1.3 Основные загрязнители атмосферы

Аэрозоли. ТЭЦ является одним из основных источников искусственных аэрозольных загрязнителей атмосферы (Скалкин,1981). Аэрозоли - это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозоли воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы, дымки. Аэрозольные частички от этого источника отмечаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе встречаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а так же асбеста (Фелленберг,1997).

Основные вредные примеси пирогенного характера:

- оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. Является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете и созданию парникового эффекта.

- диоксид серы. Загрязняя атмосферу, вызывает кислотные дожди. Кислотные дожди в свою очередь, закисляют почву, снижая тем самым эффективность применения удобрений, изменяют кислотность вод, что сказывается на видовом разнообразии водного сообщества (Фелленберг,1997).

Тепловое загрязнение. Возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Площадь пятен нагретых водой может достигать до 30кв.км.

Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену поверхностных и донных слоев. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей, что приводит к зарастанию водоемов. Следствиями выбросов теплоты так же является: изменение условий ледостава, зимнего гидрологического режима, изменений условий паводков, изменение распределения осадков, испарений, туманов (Ревель,1995).

Канцерогенные вещества. Степень загрязнения атмосферного воздуха оценивается по двум основным классам веществ - канцерогенным и не канцерогенным.

Канцерогенные вещества согласно классификации Международного агентства по изучению рака (МАИР), подразделяются на четыре группы.

В первую группу входят вещества, по которым имеются достаточно надежные эпидемиологические данные их канцерогенной опасности для человека, т.е. установлены значения риска по отдельным веществам для отдельных локализаций. Из веществ, загрязняющих атмосферный воздух, в эту группу входят: бензол, винилхлорид, шести валентный хром, асбест, мышьяк, кадмий, диоксины, никель, этилхлоргидрин.

Вторая группа подразделяется на две подгруппы. В группу 2А входят вещества, в отношении которых имеются ограниченные доказательства их канцерогенной опасности для человека, т.е. результаты эколого-эпидемиологических исследований противоречивы и необходимы дополнительные исследования, чтобы доказать канцерогенность этих веществ. В эту группу входят такие наиболее распространенные канцерогены, бенз(а)пирен и формальдегид, а так же 1,3 бутадиен, акринилонитрил, дихлорметан, тетрахлорэтилен, трихлорэтилен, бериллий. К группе 2В относятся вещества, в отношении которых имеются ограниченные доказательства их канцерогенности для животных – дексохлоран, гидразин, 1,2 – дихлорпропан, 1,2 – дихлорэтандиндан и некоторые другие вещества. В группу концерагенных веществ, присутствующих в атмосферном воздухе городов, входят как повсеместно распространенные вещества – бенз(а)пирен, бензол, формальдегид, и поступающие в основном из производства – кадмий, никель, хром, мышьяк, асбест, бензлхлорид и диоксины (Горелик,1992).

Бенз(а)пирен (БП). БП является наиболее типичным химическим канцерогеном окружающей среды. Относится к группе 2А, то есть к веществам, канцерогенность которых для человека имеет ограниченные доказательства (МАИР). Российские токсикологи также считают это вещество высоко опасным, и оно включено в первый класс опасности (Курляндский, Новиков, 1998).

Канцерогенный эффект БП рассматривают во взаимодействии с другими типами продуктов сложного состава – сажами, смолами, маслами, для которых получены достоверные доказательства их воздействия на заболевания раком у людей. Профессиональное воздействие каменноугольной смолы, пеки и некоторых минеральных масел вызывает рак различной локализации, включая кожу, легкие, мочевой пузырь, кишечник. Канцерогенное действие этих продуктов обусловлено присутствием в них БП.

Теплоэлектроцентрали по выбросам БП находится на первом месте после заводов по выплавке алюминия. В большинстве промышленных центров в России среднегодовая концентрация БП превышает ПДКсс (равное 1 нг/м³) в два – три раза, в отдельные месяцы (как правило, зимой в отопительный период) в пять – пятнадцать раз. В целом по России примерно в двадцати пяти городах, в том числе и в Красноярске, среднегодовая концентрация БП в атмосферном воздухе стабильно превышает уровень 3 нг/м³, то есть выше ПДКсс в три раза.

В России воздействию повышенных концентраций БП (более 1.5 ПДК) подвергается около 14 миллионов человек, в том числе 1.5 – 2 нг/м³ – 4.4 млн. человек; от 3 – 4 нг/м³ – 4.6 млн. человек; от 5- 6 нг/м³ - 1.9 млн. человек; от 7 – 8 нг/м³ – 1.1. млн. человек; от 9- 10 нг/м³ – 0.8 млн. человек; от 11 – 13 нг/м³ – 0.6 млн. человек.

В последние годы концентрация БП в атмосферном воздухе несколько снизилось, что связано с падением производства, но учитывая эффект отдаленного воздействия концерагенных веществ, можно ожидать, что на протяжении 15 – 20 лет будет регистрироваться повышенная частота. (Гичев,2002)

Хром. ПДК шестивалентного хрома составляет 1.5 мкг/м³. Пожизненный канцерогенный риск при воздействии шестивалентного хрома весьма велик и достигает 4*10^-2. Шестивалентный хром является чрезвычайно опасным веществом, он обладает раздражающим, аллергизирующим, мутагенным и канцерагенным (группа 1) эффектами. Соединение шестивалентного хрома в организме человека восстанавливается до трехвалентного.

Хром аккумулируется на длительный срок печенью и ретикулоэндотелиальной системы (почками, селезенкой, костной тканью, костным мозгом) независимо от пути его поступления в организм. При воздействии шестивалентного хрома происходи поражение дыхательных путей с развитием бронхоспазма и бронхиальной астмы, аллергические заболевания кожи – дерматит, язвы, хромовые экземы (Гичев,2002).

Взвешенные вещества. Взвешенные вещества относятся к «классическим» загрязнителям, они обладают раздражающим эффектом, влияют преимущественно на органы дыхания. Взвешенные вещества поступают в атмосферный воздух при сжигании топлива (уголь, мазут), при сжигании угля и других пылящих производствах.

Наиболее опасные респирабельные фракции размером менее 10 микрон. Средняя концентрация взвешенных веществ в атмосфере наиболее загрязненных городов достигает 250 – 300 мкг/м³, что в два раза выше среднесуточной ПДК (равной 150 мкг/м³). То или иное влияние взвешенных веществ испытывает каждый второй житель страны, то есть 72 миллиона человек и из них более 2.4. миллиона человек подвергаются воздействию высоких концентраций – более 300 мкг/м³, и 20 миллионов человек - концентрация выше ПДК, равная 150 мкг/м³.

Высокие концентрации взвешенных веществ наряду с высокими концентрациями диоксида серы приводят к увеличению смертности населения.

Кратковременное воздействие взвешенных веществ, равных 50 мкг/м³, приводит к изменению ежедневной смертности на 5%, концентраций в 100 мкг/м³ – на 10%, и в 200 мкг/м³ – на 20%. Обращение в больницу в связи с жалобами на затрудненное дыхание, кашель и другую респираторную симптоматику происходит при концентрации взвешенных веществ, равной 25 – 100 мкг/м³, изменение функций внешнего дыхания - при концентрации 180 мкг/м³ (Загрязнение окруж…,1993).

Таким образом, загрязнение атмосферы остро сказываются и на здоровье людей. При длительном воздействии запылённого и насыщенного вредными газами воздуха развиваются: пневмония, бронхит, бронхиальная астма и другие болезни органов дыхания. Большое количество ядовитых веществ, сконцентрированных в воздухе, вызывают острое отравление, а нередко и смерть. Загрязнённый воздух повреждает кожу, снижает сопротивляемость организма (Ревич, 2001). Раздражение лёгких или развитие в них патологических процессов отражается и на других органах, так как ускоряет и увеличивает всасывание вредных веществ в кровь, которые разносят их по всему организму (Келлер, Кувакин, 1998).

Особенно страдают от загрязнения воздуха дети у них в два с половиной раза чаще, чем у взрослых, наблюдаются болезни органов дыхания. Чрезвычайно чувствительны к загрязнению пожилые люди, беременные и кормящие женщины (Орел, 1997).

Влияние отдельных вредных веществ усугубляется присутствием нескольких загрязнителей.

Исследования в США показали, что при увеличении содержания взвешенных веществ в воздухе на каждые 18 мгк /м³ происходит увеличение смертности населения от заболеваний органов дыхания на 1,5 –3,5%, сердечно-сосудистых заболеваний на 0,8-1,8% и общей смертности на 0,5-1%, а также увеличение числа обращений в лечебные учреждения по поводу бронхиальной астмы и пневмонии.

При увеличении загрязнения атмосферного воздуха наблюдается также и увеличение на 3-15% таких симптомов заболевания, как насморк, кашель, затруднение дыхания, раздражения глаз. Вклад канцерогенных загрязняющих веществ, смертность от соответствующих злокачественных новообразований составляет 2-3%. В большинстве развитых стран злокачественные опухоли являются второй причиной смерти после сердечно сосудистых заболеваний. У мужчин заболеваемость всеми локализациями рака и смертности от них достаточно стабильны, но наблюдается явный рост по раку предстательной железы и небольшое уменьшение по раку желудка и легкого. У женщин наблюдается рак молочной железы и смертность от него (Авалиани, 1996).

Мероприятия, направленные на предупреждение загрязнения атмосферного воздуха и снижение вредных примесей в нем, можно объединить в три группы:

1.                Улучшение существующих и внедрение новых технологических процессов, исключающих выделение опасных веществ в самом источнике их образования.

2.                Улучшение состава топлива, аппаратов, карбюрации и снижении или устранение выбросов в атмосферу с помощью очистных сооружений.

3.                Предотвращение загрязнения атмосферы рациональным размещением источников, вредных выбросов и расширением площадей зеленых насаждений (Лозановская, 1998).

В комплексе мероприятий по борьбе с загрязнением атмосферы важное место принадлежит совершенствованию технологий производственных процессов, герметизации оборудования – источника вредных веществ.

В числе мер, предохраняющих загрязнение атмосферы, значительную роль играет правильное зонирование, т.е. устройство санитарно-запретных зон. В соответствии с этим предприятия располагают на возвышенных местах и с подветренной стороны жилых массивов. Зону между ними не менее чем на 40% озеленяют растениями, устойчивым к вредным веществам. Ширина зеленых зон в зависимости от вредности выбросов и степени их очистки в технологическом процессе может быть 1000, 500, 300 и 50 м. Установлено, что при наличии санитарно-защитной зоны запыленность воздуха на расстоянии 1,5 км снижается в 2, а загрязнение диоксидом серы – в 3 раза.

Категорически запрещается размещение предприятий вблизи друг от друга, т.к. их выбросы способны вступать в фотохимические реакции с образованием еще более опасных веществ (Матвеева, 1989).

По условиям защиты атмосферы было бы целесообразно очищать дымовые газы от диоксида серы на ТЭЦ (Стадницкий, Родионов, 1988). Необходимо проводить очистку угля до сжигания, т.к. в угле содержится сера. Для удаления неорганической серы достаточно специальной промывки угля, а при химической очистке удаляется часть пиритов и органической серы. Сжигание угля в кипящем слое снижает содержание и окислов серы, и окислов азота по сравнению с обычной топкой (Сигал, 1988).

В последние годы для очистки газов от диоксида серы с низкой концентрацией широкое применение находят методы сухой сорбционной очистки, основанные на сорбции сернистого ангидрида природными минеральными сорбентами. Преимущество сухой очистке - это высокая эффективность улавливания, отсутствие коррозии аппаратуры и непосредственное использование уловленных продуктов. Выявлен механизм поглощения диоксида серы различными типами природных цеолитов (Цой, 1993).

Сухая механическая очистка газов производится циклонами (Торочешников, 1981), а мокрая механическая очистка газов осуществляется мокрыми пылеуловителями (скрубберы). Сухая фильтрационная очистка газов основана на осаждении частиц при прохождении сквозь пористые среды под действием механизмов инерции, зацепления, диффузии, электростатического взаимодействия, электрическая очистка, газов осуществляется в электрофильтрах (Кузнецов, Савин, 1979).

В последнее время были разработаны хемосорбционные волокнистые материалы ВИОН. Хемосорбционные волокна имеют высокую скорость сорбции и десорбции, особенно в начальных стадиях процесса, обеспечивают низкое сопротивление воздушному потоку по сравнению с гранулированными сорбентами (Абдулхакова и др., 1998).

Среди термических методов очистки газовых выбросов выделяют каталитическое обезвреживание, которое снижает загрязненность отходящих газов и вент выбросов путем окисления или восстановления содержащихся в них вредных веществ в менее вредные, и сжигание в пламени, применяемое для обезвреживания отходящих газов от токсических горючих веществ органического происхождения, при высокотемпературном окислении органических веществ до оксида углерода и паров воды (Максимов и др.,1989).

Глава 2. Объект и методы исследования