Антропогенное загрязнение атмосферы.

Газовый состав атмосферы Земли обеспечивает условия для жизни и защищает все живое от жесткого облучения космической радиацией. Атмосфера обладает мощной способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Движение воздуха рассеивает примеси. Пылевые частицы выпадают из воздуха на земную поверхность под воздействием силы тяжести и дождевых потоков. Многие газы растворяются во влаге облаков и с дождями достигают почвы. Под воздействием солнечного света в атмосфере погибают болезнетворные микробы.

Деятельность человека, превышая пределы способности атмосферы к самоочищению, изменяет сложившееся в природе равновесие. Большинство экологически негативных последствий деятельности людей проявляется в изменении физико-химического состава атмосферы (рис. 1.8).

Химические вещества окружающей среды можно разделить на две группы: естественные (природные) и антропогенные. Для организма человека разнообразие химических веществ имеет неравноценное значение. Одни – индеферентные (безразличны для организма), другие оказывают вредное действие, третьи обладают выраженной биологической активностью (строительный материал живого вещества, составная часть химических регуляторов физиологических функций).

Естественные химические факторы. Биологически активные элементы носят название биогенных элементов. Среди биогенных элементов в зависимости от их процентного содержания в организме человека различают: - макроэлементы - О, С, Н, N, Cl, S, P, Ca, Na, Mg (10^-3 % и более); микроэлементы - I, Cu, Co, Zn, Pt, Mo, Mn и др.(10^-3-10^-12 %); ультрамикроэлементы (менее 10^-12 %).

Внутренняя среда организма и внешняя среда представляет собой единую, целостную систему, находящуюся в динамическом равновесии. Нарушение равновесия, выражающееся в изменении процессов жизнедеятельности или в развитии болезни, может наступать при воздействии чрезвычайного по величине или необычного по характеру фактора внешней среды. Подобные ситуации имеют место на определенных территориях вследствие естественного неравномерного распределения химических элементов в биосфере.

На этих территориях избыток или недостаток конкретных химических элементов наблюдается и в местной флоре и фауне. Данные территории были названы биогеохимическими провинциями, а наблюдаемые эндемичные (от греч.endemos – местный) неинфекционные заболевания населения получили названиегеохимических заболеваний.

Территория земного шара по геохимическим особенностям различна. Таежно-лесная нечерноземная зона характеризуется недостатком кальция, фосфора, калия, кобальта, меди, йода, бора, цинка, достаточным количеством магния и относительным избытком стронция, особенно по речным поймам.

В лесостепной и степной черноземной зоне - достаточное количество кальция, кобальта, меди, магния. Сухостепная, полупустынная и пустынная зоны отличаются повышенным содержанием сульфатов, бора, цинка. В некоторых пустынях имеется избыток хлоридов. В горных зонах на разных высотах отмечается недостаток йода, иногда – кобальта, меди, свинца, цинка. Геохимическая обстановка в каждой местности сказывается на химическом составе растительных и животных организмов.

Потребляемые человеком в небольшом количестве с пищей и водой микроэлементы оказывают значительное влияние на обмен веществ и общее здоровье. Если того или иного химического элемента, например, йода, оказывается недостаточно в почве, то понижение его содержания обнаруживается в растениях, произрастающих на этих почвах, а также в организмах животных, питающихся этими растениями. В результате, пищевые продукты как растительного, так и животного происхождения оказываются обедненными йодом. В случае пониженного содержания йода в почве, в атмосферном воздухе и питьевой воде его концентрация также понижена. Следствием является распространение среди населения геохимического заболевания – эндемического зоба.

Среди наиболее известных заболеваний, связанных с биогеохимической обстановкой, можно назвать также флюороз, вызываемый избытком фтора; кариес зубов; анемию – малокровие, связанное, как и некоторые другие болезни, с недостатком железа.

Неоднородная на различных территориях природная геохимическая обстановка, определяющая поступление в организм человека химических веществ с пищей, вдыхаемым воздухом, водой и через кожу, может изменяться также в значительной степени в результате деятельности человека (рис. 1.9).

Источники загрязнения атмосферы.Антропогенные химические факторы окружающей среды являются результатом целенаправленной деятельности человека, роста народонаселения, концентрации его в крупных городах, химизации всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта и быта.

Общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по Тамбовской области в 2000 году составил 195,31 тыс. тонн в год, в том числе от стационарных источников (207 предприятий) – 25,75 тыс. тонн, от передвижных источников (автотранспорта) – 169,56 тыс. тонн.

В 2000 году в связи с ростом промышленного производства на территории Тамбовской области наблюдается увеличение по сравнению с 1999 на 2,7 тыс. тонн объема выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников. Наибольшее количество загрязняющих веществ на душу населения выбрасывается в городах Уварово (59,1 кг), Котовск (56,4 кг), Мичуринск (45,5 кг). В Тамбове количество загрязняющих веществ на душу населения – 18,4 кг.

Загрязнение воздушного бассейна отработанными газами автотранспорта в крупнейших городах имеет тенденцию к росту, достигая 50% и более от общего объема выбросов, в Москве – 93% валовых выбросов, в Тамбовской области – 86,8% (2000 г.). С выбросами автомобильных двигателей в атмосферу поступают оксиды углерода, сернистый ангидрид, углеводороды, оксиды азота, соединения свинца, пыль и сажа (рис. 1.10).

Превышение ПДК по оксидам азота, а также бензолу, толуолу и другим органическим веществам на автомагистралях, проходящих в зонах жилой застройки, чрезвычайно велико во многих регионах России. Независимо от специфики промышленного производства в большинстве городов вблизи автомагистралей фиксируется наличие опасных для здоровья населения кадмия, свинца, селена в концентрациях, более чем в 2 раза превышающих фоновые. Помимо загрязнения воздушной среды токсичными выхлопными газами автомобиль поднимает клубы пыли, содержащие кремний, оксиды железа, барий. Одной только резины каждый автомобиль рассеивает в атмосферу около 10 кг. Работающий двигатель – это также тепловое и шумовое загрязнение окружающей среды.

Крупный загрязнитель природной среды - железнодорожный транспорт. Загрязнение атмосферы связано с выбросами пара, многих загрязняющих веществ, проникающих из транспортных вагонов, мусора. Железнодорожный транспорт – источник шума и электромагнитного загрязнения; с ним часто связаны лесные пожары, гибель животных, людей.

Если говорить о доле отраслей промышленности в выбросах загрязняющих веществ в атмосферный воздух Российской Федерации, то наибольший вклад в загрязнение среды вносят электроэнергетика, цветная и черная металлургия, нефтедобыча и нефтепереработка, угольная, газовая промышленность, машиностроение (рис. 1.11).

На долю энергетики приходится 25% всех выбросов загрязняющих веществ. Основная часть электроэнергии в России (до 70%) вырабатывается на ТЭС, использующих твердое топливо. При сжигании твердого топлива в атмосферу поступает сернистый и серный ангидриды, фтористые соединения, а также токсичные примеси мышьяка, двуокиси кремния и многое другое.

Особенно неблагоприятно складывается экологическая обстановка в городах, где сосредоточены крупнейшие промышленные объекты. В приоритетный список городов с наиболее высоким уровнем загрязнения Росгидрокомитетом в 1997 году включены 33 города. В 1999 году в России насчитывалось 195 городов с населением 64,5млн. человек (44% населения России), в которых средние за год концентрации одного или нескольких загрязняющих веществ в атмосферном воздухе превышали ПДК (рис. 1.12).

Характеристика химических негативных факторов.Общая модель антропогенного воздействия на окружающую среду включает множество источников и загрязняющих веществ, которые в экологической литературе получили название полютантов (экотоксикантов). Многочисленные экотоксиканты, влияющие на состояние здоровья человека, по характеру воздействия можно условно разделить на несколько групп. Степень загрязнения атмосферного воздуха оценивается по двум основным группам экотоксикантов: канцерогенных и неканцерогенных.

В группу канцерогенных веществ,присутствующих в атмосферном воздухе городов, входят как повсеместно распространенные вещества – бенз(а)пирен, бензол, формальдегид, поступающие в воздух преимущественно с выхлопными газами автотранспорта, так и вещества, связанные с производственной деятельностью – свинец, кадмий, никель, хром, мышьяк, сероуглерод, асбест, хлорсодержащие вещества – хлороформ, диоксины и др. Ряд канцерогенных веществ влияет и на наследственность, увеличивая частоту ряда генетически обусловленных заболеваний.

Бензол. Основные источники поступления бензола в воздушный бассейн – выбросы нефтехимических, химических производств и выхлопные газы автотранспорта. Ежегодно в воздушный бассейн с выбросами стационарных источников поступает от 13 до 24 тыс. т бензола. Действие высоких концентраций паров сказывается, главным образом, на центральной нервной системе (наркотическое и судорожное действие). Многократный контакт с низкими концентрациями вызывает, изменения в системе крови и кроветворных органов. Бензол способен аккумулироваться в костном мозге.

Бенз(а)пирен. Относится к группе многоядерных ароматических углеводородов (МАУ).Поступает в воздушный бассейн (от 61 до 156 т ежегодно) при сжигании топлива (мазута, бензина, угля) с выбросами алюминиевых, сталеплавильных, нефтеперерабатывающих производств. Содержится в выхлопных газах автомобилей. Существует несколько точек зрения на механизм канцерогенного действия МАУ. Согласно одной из них, превращение нормальной клетки в злокачественную, происходит в результате взаимодействия канцерогена с элементами клетки (белки, нуклеиновые кислоты). Позже возникла гипотеза, что клетка перерождается под воздействием не исходного МАУ, а его метаболитов. Высказаны и предположения, что МАУ не играют самостоятельной роли, а лишь создают условия для проявления действия онкогенных вирусов.

Кадмий. Основные источники выбросов этого металла в воздух - металлургические производства. Выброс кадмия составляет 5,0-6,1 т/год. При сжигании топлива - угля и нефти - в воздух поступает дополнительно примерно 10 т кадмия. Большие дозы кадмия снижают адсорбцию кальция костной ткани, приводя к самопроизвольным переломам костей, возможны генетические изменение в организме.

К группе неканцерогенных«классических» загрязняющих воздух веществ относятся наиболее распространенные и повсеместно контролируемые полютанты: оксиды азота, углерода, серы, озон; взвешенные вещества- частицы пыли, сажи. Неканцерогенные вещества вызывают широкий спектр нарушений состояния здоровья человека, которые можно рассматривать как разные формы проявления токсических эффектов, наблюдаемых в виде повышенной заболеваемости или смертности.

Экологические последствия загрязнения атмосферы. Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воздухе стимулируют их взаимодействие с образованием более токсичных соединений, что приводит к парниковому эффекту, появлению озоновых дыр, кислотным дождям и смогам.

Оксиды углерода.Оксид углерода (II) (угарный газ) - это газ, не имеющий ни цвета, ни запаха, который легко абсорбируется легкими и проникает в эритроциты. При этом способность эритроцитов переносить кислород уменьшается. Практически 60% всего оксида углерода (II) поступает в атмосферу из выхлопных труб автомобилей. Длительное пребывание человека в атмосфере с высоким содержанием СО, например, в час пик в деловой части города, вызывает тяжелые головные боли, головокружение.

Другой распространенный источник данного соединения - это табачный дым. Как курильщики, так и люди, вдыхающие дым от сигарет (пассивные курильщики), могут получить такое количество СО, которое значительно превышает допустимый уровень. У курильщиков способность гемоглобина связывать О₂ уменьшается на 5-15%.

Углекислый газ (СО₂) - это газообразное вещество, входящее в состав атмосферного воздуха. Углекислый газ играет важную роль в процессе фотосинтеза, следовательно, его нельзя рассматривать как загрязняющий элемент. Однако, с началом промышленной революции количество углекислого газа в воздухе существенно превысило безопасные нормы. За последние 100 лет оно увеличилось на 26%.

Углекислый газ атмосферы вместе с водяным паром и другими газообразными веществами образует над поверхностью земли некую “стеклянную крышу”, которая позволяет солнечным лучам достигать поверхности земли, но задерживает обратное тепловое излучение. Это явление получило название парникового эффекта. Тепловая энергия накапливается в поверхностных слоях атмосферы тем интенсивнее, чем больше в них концентрация парниковых газов. К парниковым газам относят молекулы водяных паров, доля которых в формировании парникового эффекта составляет 62%, углекислый газ - 22%, метан - 2,5%, оксид азота (I) – 4%, озон – 7%, другие газы – 2,5% (рис. 1.13).

Метан поступает в атмосферу при добыче газа, нефти и угля, гниении органических остатков, росте численности крупного рогатого скота. С ростом масштабов применения в с/х азотных удобрений и в результате сгорания углеродсодержащих топлив в ТЭС в атмосферу выбрасывается оксид азота NO₂. Концентрация СН₄ в воздухе растет ежегодно на 1,2-1,5%, NO₂ – на 0,3%.Усилению парникового эффекта способствуют и другие газы, например, фреоны. Их влияние на парниковый эффект в 1000 раз сильнее, чем влияние равного количества СО_2.

Усиление парникового эффекта приводит к повышению температуры на поверхности Земли и потеплению климата. В результате возникает опасность таяния полярных льдов, что может вызвать затопление низких прибрежных участков суши. Кроме того, увеличение температуры воздушной среды может привести к снижению продуктивности сельскохозяйственных земель – дезертификации (от англ. desert- пустыня). В этой связи население соответствующих регионов будет испытывать недостаток питания. В настоящее время дезертификация уже затрагивает достаточно большие области земного шара.

Оксиды азота(NО_х).Вдыхаемый человеком воздух на 78% состоит из азота. Оксиды азота - газообразные вещества, образующиеся в качестве побочных продуктов при высокотемпературном сгорании топлива в промышленных установках, на электростанциях и в автомобильных двигателях.

Оксиды азота вызывают раздражение глаз и органов дыхания. При длительном воздействии могут развиться хронические заболевания легких, например эмфизема. Оксиды азота содержатся и в табачном дыме, поэтому курящие люди, которые живут в городах, с высоким уровнем загрязнения воздуха, в большей степени подвержены легочной патологии, чем курильщики, живущие в экологически чистых районах.

Оксиды азота (NО₂,N₂O) и углеводороды являются двумя основными компонентами фотохимического смога. Фотохимический смог образуется из примесей, которые скапливаются под образующим “колпак” слоем температурной инверсии.

Температурная инверсия– это особое состояние атмосферы, когда на определенной высоте над землей температура воздуха выше, чем температура приземного слоя воздуха. В результате создается ситуация, когда теплый воздух образует своего рода «крышку», которая делает невозможным рассеивание вредных выбросов. Как показано на рисунке 1.14, “колпак” тепла и высокое давление воздуха препятствуют рассеиванию поднимающихся примесей и в результате они концентрируются вблизи земной поверхности.

Солнечные лучи взаимодействуют с загрязняющими веществами в нижних слоях атмосферы, что приводит к образованию новых загрязняющих атмосферу веществ: озона, пероксилацилнитратов (ПАН) и других веществ, сходных со слезоточивым газом. ПАН – химически активные органические вещества, которые оказывают вредное влияние на организм человека: раздражают слизистые оболочки, ткани дыхательных путей и легких; обесцвечивают зелень растений. Высокие концентрации озона снижают урожай зерновых, замедляют рост растений и вызывают гибель деревьев.

Оксиды серы образуются при сжигании угля и жидкого топлива в быту, промышленности и на электростанциях, что составляет 90% выбросов и 10% приходится на выбросы металлургических и химических предприятий. Оксиды серы раздражают дыхательные пути и нарушают процесс дыхания. Кроме того, они уменьшают образование слизи, что в свою очередь снижает способность легких захватывать и удалять чужеродные частицы. Люди, страдающие астмой, особенно чувствительны к развитию такого рода осложнений.

В глобальных масштабах выбросы SO₂ составляют 160-180 млн. тонн в год. Под действием ультрафиолетового излучения оксид серы (IV) превращается в оксид серы (VI) SO₃, который с атмосферным водяным паром образует серную кислоту, очень гигроскопичную, способную образовывать токсичный туман. Наряду с оксидами серы, с парами воды в облаках смешиваются оксиды азота с образованием азотной кислоты. Серная и азотная кислоты затем выпадают на землю в виде кислотных дождей.

Кислотные осадки присутствуют в радиусе 10-20 км вокруг индустриальных гигантов. К наиболее неблагоприятным районам России по кислотным осадкам относятся: Кольский полуостров, восточный склон Уральского хребта и район Таймыра. Кислотные аэрозольные частицы имеют небольшую скорость осаждения и могут переноситься в отдаленные районы на 100-1000 км от источников загрязнений.

Кислотные дожди ведут к разрушению различных зданий и сооружений, особенно выполненных из песчаников и известняка. Кислоты взаимодействуют в них с карбонатом кальция, превращая его в гипс, который вымывается дождями. Существенно повышается коррозионная агрессивность атмосферы, что вызывает коррозию металлических предметов и конструкций. Скорость коррозии в промышленных районах в 2-10 раз выше, чем в сельской местности.

Особую опасность представляют не сами осадки, а вызываемые ими вторичные процессы. Под воздействием кислотных дождей изменяются биохимические свойства почвы, состояние пресных вод и лесов. В результате изменения pH почвы и воды изменяется растворимость в них тяжелых металлов (Be, V, Cd, Co, Mn, Cu, As, Ni, Hg, Pb, Se, Ag, Sb, Cr, Zn). Компоненты кислотных дождей, взаимодействуя с тяжелыми металлами в почве, переводят их в легкоусваеваемую растениями форму.

Далее по пищевой цепи тяжелые металлы попадают в организмы рыб, животных и человека. До определенных пределов живые организмы защищены от прямого вредного воздействия кислотности, но накопление тяжелых металлов опасно. Например, алюминий, растворимый в кислотной среде, ядовит для живущих в почве микроорганизмов, ослабляет рост корней растений. Кислотные дожди, снижая рН воды озер, ведут к гибели их обитателей. Попадая в организм человека, тяжелые металлы вызывают в нем изменения. Ионы тяжелых металлов легко связываются с белками, подавляя синтез макромолекул и в целом обмен веществ в клетках.

Защита биосферы от кислотных дождей. Наиболее эффективно сокращение выбросов оксидов серы и азота, сокращение ТЭС, использующих углеводородное топливо. Другие пути связаны с улавливанием оксидов азота и серы промывкой угля после измельчения, заменой угля на низкосернистые виды топлива (нефть и газ), регулированием процессов горения, использование топлива с низким содержанием серы и азота.

Озоновый слой.Озоновый экран на высоте 20-25 км толщиной 2,54 см задерживает около 99% ультрафиолетовых лучей солнечного света, обладающих высокой энергией и губительных для всего живого. Уменьшение содержания озона в атмосфере на 1% приводит к увеличению на 1,5% интенсивности падающего на поверхность Земли жесткого ультрафиолетового излучения, губительного для живых клеток. Даже небольшое уменьшение озонового слоя способно увеличить заболеваемость раком кожи, оказать неблагоприятное влияние на растения и животных, вызвать непредсказуемые изменения климата земного шара. При кратковременном воздействии мощного УФ-излучения человек может получить тяжелые ожоги.

Многочисленные данные свидетельствуют о том, что озоновый слой начинает уменьшаться. Зимой 1992 г. было зафиксировано снижение озона над приполярными и умеренными широтами Северного полушария. Над обширными территориями площадью в несколько миллионов квадратных километров, охватывающих Санкт- Петербург, Москву, Архангельск и Ригу, концентрация озона уменьшилась на 15-20%. В марте 1997 г. озоновые дыры появились над Ленинградской, Псковской и Новгородской областями, а также над Восточной Сибирью, Якутией и центром Красноярского края.

По оценочным данным разрушение озонового слоя к 2050 г. может достигнуть 10%. Ученые ведут постоянное наблюдение за озоновой “дырой” над Южным полюсом и “дырой” меньшего размера над Северным полюсом, где озоновый экран уменьшился более чем на 40%.

Основной процесс деструкции озона обусловлен влиянием и увеличение выбросов оксидов азота. С точки зрения экологии не малый вред наносят выбросы, отработанных газов суперлайнеров с высоким потолком полета, различные ракетные системы. Во время работы реактивных двигателей при сжигании топлива азот и кислород воздуха образуют небольшое количество оксидов азота, которые выбрасываются в атмосферу вместе с продуктами сгорания. Если это происходит на небольших высотах, оксиды азота возвращаются на землю с осадками. Если оксиды азота выбрасываются выше облаков, то они около года принимают участие в разрушении озона. Существуют данные, что ежедневное нахождение на высоте 17 километров примерно 300 сверхзвуковых самолетов ведет к уменьшению количества стратосферного озона на 1%.

Серьезную опасность для озонового слоя представляет поступление в атмосферу хлорфторуглеродов (ХФУ). Наиболее сильное разрушение озона связано с производством фреонов (СН₃Cl, CCl₂F₂ и CCl₃F), получивших широкое распространение в качестве наполнителей аэрозольных упаковок, огнетушителей, хладагентов в холодильниках и кондиционерах, при производстве пенопласта. При использовании баллончиков с аэрозолями, при утечке из холодильных резервуаров фреоны попадают в атмосферу.

Фреоны безвредны для человека, химически инертны. Но в стратосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы разлагаются с выделением хлора.

CH₃Cl + УФ ® СН₃^· + Cl^·

Cl^· + O₃ ® ^·ClO + O₂

^·ClO + O₃ ® Cl^· + 2O₂

Молекула хлора действует как катализатор, оставаясь неизменной в десятках тысяч актов разрушения молекул озона. Один атом хлора способен уничтожить 100 тыс. молекул озона. Фреоны, попавшие в атмосферу, характеризуются большой устойчивостью и сохраняются в ней 60-100 лет.

Проблема влияния фреонов на стратосферный озон приобрела международное значение, особенно в связи с образованием “озоновых дыр”. Принята международная программа сокращения производств, использующих фреоны. Разработан и налажен промышленный выпуск так называемых альтернативных хладонов с низкой величиной коэффициента относительной озоноактивности.

Взвешенные вещества поступают в атмосферный воздух при сжигании ископаемого топлива (угля, мазута), с выбросами металлургических производств, цементных заводов, при добыче угля и других пылящих производств. Высокие концентрации взвешенных веществ на протяжении многих лет регистрируются в атмосферном воздухе 50 городов России. Средняя концентрация взвешенных веществ наиболее загрязненных городов достигает 250-300 мкг/м³, что в два раза выше среднесуточной ПДК, равной 150 мкг/м³. В 2000 году на территории г. Тамбова наблюдалось превышение максимальной из разовой приземной концентрации по пыли - 2 ПДК.

Пыль – сложная смесь частиц, многие из которых токсичны. Твердые или жидкие частицы, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии, называют аэрозолями. Влияние взвешенных в атмосферном воздухе веществ различно в зависимости от величены пылевых частиц, их характера и химического состава (рис. 1.15).

Влияние атмосферных загрязнений на организм человека. Население в основном подвержено влиянию наиболее распространенных в атмосферном воздухе «классических» загрязняющих веществ. Загрязнением атмосферы обусловлено до 30% общих заболеваний населения промышленных центров.

Воздействие атмосферных загрязнений на здоровье можно подразделить на два вида в зависимости от времени проявления эффекта: острое и хроническое. Острое сказывается в период или непосредственно вслед за повышением концентрации токсического вещества (смог). Результат хронического воздействия проявляется через некоторое время, иногда через годы (пыль). В обоих случаях атмосферные загрязнения могут быть непосредственной причиной развития заболевания или оказывать неспецифическое отягощающее воздействие (провоцирующий фактор).

Вредные вещества могут поступать в организм тремя путями: через легкие, желудочно-кишечныи тракт, неповрежденную кожу. Поступление вредных веществ через органы дыхания является основным и наиболее опасным путем. В легких создаются благоприятные условия для проникновения газов, паров, пыли непосредственно в кровь. Поступают химические вещества в кровь путем диффузии, вследствие разницы парциального давления газов или паров в воздухе и крови.

Распределение и превращение вредного вещества в организме зависит от егохимической активности. Различают группу так называемых нереагирующих газов и паров, которые в силу своей низкой химической активности не изменяются и быстро накапливаются в крови. К ним относятся пары всех углеводородов ароматического и жирного ряда и их производные.

Другую группу составляют реагирующие вещества, которые легко растворяются в жидкостях организма и претерпевают различные изменения. К ним относятся аммиак, оксиды азота, серы и другие. После удаления пострадавшего из загрязненной атмосферы начинается десорбция газов и паров и удаление их через легкие.

Опасность отравления пылевидными веществами не меньше, чем паро-газообразными. Степень отравления при этом зависит от растворимости химического вещества. Вещества, хорошо растворимые в воде или в жирах, всасываются уже в верхних дыхательных путях или в полости носа, например, вещества наркотического действия. При выполнении физической работы или пребывании в условиях повышенной температуры воздуха, когда объем дыхания и скорость кровотока резко увеличиваются, отравление наступает значительно быстрее.

Поступившие в организм вредные химические вещества подвергаются разнообразным превращениям, почти все органические вещества вступают в различные химические реакции: окисления, восстановления, гидролиза, дезаминирования, метилирования, ацетилирования, образования парных соединений с некоторыми кислотами. Не подвергаются превращениям только химически инертные вещества (керосин).

Результатом превращения ядов в организме большей частью является ихобезвреживание. Если выделение и превращение вещества в организме происходит медленнее, чем поступление, то вещество кумулируется(накапливается) и может длительно действовать на органы и ткани (свинец, ртуть, фтор и др.). Вещества, хорошо растворимые в воде и крови, медленно накапливаются и также медленно выделяются из организма. Летучие органические вещества (бензин, бензол) быстро сорбируются и быстро выделяются не накапливаясь. Знание процессов превращения химических веществ в организме дает возможность вмешательства в эти процессы с целью предупреждения нарушения процессов жизнедеятельности.

В настоящее время, в связи с развитием промышленности и нарастанием процессов урбанизации, создаются условия поступления в организм человека одновременно несколько или многих вредных химических веществ. Различают три возможных эффекта (рис. 1.16) комбинированного воздействия химических веществ на организм человека: 1 – аддитивность (суммация) – явление суммирования эффектов, индуцированных комбинированным действием; 2 – синергизм – усиление эффекта воздействия эффект, превышающий суммацию; 3 – антагонизм – эффект комбинированного воздействия меньше ожидаемого при суммации.

Из-за значительного и многообразного загрязнения воздушной среды большая доля ксенобиотиков поступает в организм через органы дыхания, у которых нет своего химического заслона. Это привело к существенному изменению состояния организма. Развилась патологическая повышенная чувствительность организма (сенсибилизации), привыканию к хроническому действию полютантов.

Сенсибилизация – состояние организма, при котором повторное воздействие вещества вызывает больший эффект, чем предыдущее. В случае предварительной сенсибилизации происходит развитие аллергических реакций. Аллергизация значительно осложняет течение острых и хронических интоксикаций.

При повторяющимся воздействии вредных веществ на организм можно наблюдать и ослабление эффектов вследствие привыкания. Для развития привыкания к хроническому воздействию яда необходимо, чтобы его концентрация (доза) была достаточной для формирования ответной приспособительной реакции и не чрезмерной, приводящей к быстрому и серьезному повреждению организма. При оценке развития привыкания к токсическому воздействию надо учитывать возможное развитие повышенной устойчивости к одним веществам после воздействия других. Это явление называют толерантностью.

Ощутимыми темпами происходит накопление наследственных пороков. Широкое распространение получили такие формы легочной патологии, как хронический бронхит, бронхиальная астма, аллергические воспаления альвеол («болезни птицевода», "легкое фермера"). Особую тревогу вызывает увеличение количества больных раком легкого, который по своей распространенности у мужчин вышел на первое место среди онкологических заболеваний. В этой связи остро стоит проблема защиты воздушной среды от всех видов загрязнения.

Пути и средства защиты атмосферы.Основными направлениями инженерной защиты окружающей среды от загрязнений и других видов антропогенных воздействий являются совершенствование оборудование предприятий, внедрение ресурсосберегающих технологий, биотехнологии, утилизация и детоксикация отходов. Важным направлением в защите окружающей среды является разработка малоотходных и безотходных технологий. Переход к малоотходным технологиям позволяет осуществлять проектирование и выпуск технологического оборудования с замкнутыми циклами движения жидких и газообразных веществ.

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия используют следующие меры: экологизация технологических процессов; очистка газовых выбросов от вредных примесей; рассеивание газовых выбросов в атмосфере; устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.

Первоочередной проблемой является создание экологически "чистых" видов транспорта. В настоящее время ведется активный поиск более "чистого" топлива, чем бензин. В качестве его заменителя рассматриваются экологически чистое газовое топливо, метиловый спирт (метанол), малотоксичный аммиак и идеальное топливо - водород. Продолжаются разработки по замене карбюраторного двигателя на более экологичные типы - дизельный, паровой, газотурбинный и др.

В опытно-конструкторских бюро созданы пробные модели автомобилей, работающих на энергии электрических аккумуляторов в черте города, а за его пределами переходящих на работу на обычных карбюраторных двигателях. Продолжаются работы по созданию идеального с точки зрения экологических требований вида транспорта - автомобиля на солнечных элементах.

Нынешний уровень внедрения экологически чистых технологических процессов, замкнутых циклов недостаточен для полного предотвращения выбросов токсичных веществ в атмосферу.

Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители).

На практике с целью защиты атмосферного воздуха осуществляют локализацию токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистку загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное помещение или рассеивание в атмосфере.

Сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры) предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы - оседание частиц под действием центробежных сил и сил тяжести. Пылегазовый поток вводится через патрубок и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса (рис. 1.17). Частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона и затем падают в сборник пыли (бункер), откуда периодически удаляются. Для повышения эффективности работы применяют групповые (батарейные) циклоны.

Мокрые пылеуловители (скрубберы, турбулентные, газопромыватели и др.) требуют подачи воды и работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции и броуновского движения. Наибольшее практическое применение получили скрубберы Вентури (рис. 1.18), которые обеспечивают 99% очистки от частиц размером более 2 мкм и, как все мокрые пылеуловители, незаменимы при очистке от пыли взрывоопасных и горячих газов.

Фильтры (тканевые, зернистые) способны задерживать мелкодисперсные частицы пыли до 0,05 мкм. Особенно эффективны рукавные фильтры с тканями из синтетических волокон повышенной термостойкости (250-300 ⁰С) типа "Сульфон-Т", фильтровальные металлические ткани (до 800 ⁰С). Частицы примесей оседают на входной части пористой перегородки и задерживаются в порах, образуя поверхностный слой. Для вновь поступивших частиц этот слой становится частью фильтровой перегородки, что увеличивает эффективность очистки фильтра.

Электрофильтры - наиболее совершенный способ очистки газов от взвешенных в них частиц пыли размером до 0,01 мкм при высокой эффективности очистки газов (99,0-99,5%). Принцип работы всех типов электрофильтров основан на ионизации пыле-газового потока у поверхности коронирующих электродов. Приобретая отрицательный заряд, пылинки движутся к осадительному электроду, имеющему знак, обратный заряду коронирующего электрода. При встряхивании электродов осажденные частички пыли под действием силы тяжести падают вниз в пылесборник (рис. 1.19). Электроды требуют большого расхода электроэнергии - это их основной недостаток. Наиболее эффективны комбинированные методы очистки от пыли.

Способы очистки выбросов от токсичных газо- и парообразных примесей (NO, NO₂, SO₂ и др.) подразделяют на три основные группы: 1) термическая нейтрализация; 2) промывка выбросов растворителями (абсорбционный метод); 3) поглощение газообразных примесей твердыми телами с ультрамикроскопической структурой (адсорбционный метод).

Термическая нейтрализация основана на способности горючих газов и паров, входящих в состав вентиляционных или технологических выбросов, сгорать с образованием менее токсичных веществ. Для этого метода используют нейтрализаторы. Различают три схемы термической нейтрализации: прямое сжигани