Санитарная охрана атмосферного воздуха

Газообразные примеси в воздухе

Атмосферный воздух населенных пунктов, в особенности крупных промышленных городов, может загрязняться промышленными выбросами. Источниками загрязнения атмосферного воздуха газообразными примесями являются предприятия химической, коксохимической, металлургической промышленности, производство полимеров, органических растворителей, электростанции, предприятия нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и т. д., а также домовые топки и городской автотранспорт.

Атмосферный воздух населенных мест может загрязняться сернистым газом (SO₂), сероводородом (H₂S), сероуглеродом (CS₂), окисью углерода (CO), окислами азота (N₂O₅), углеводородами, хлором, свинцом, парами ртути, фосфором, марганцем, мышьяком и др.

Сернистый газ (SO₂). Из химических примесей в атмосферном воздухе чаще всего встречается сернистый газ. Количество его в дымовых газах зависит от содержания серы в топливе. Мощным источником загрязнения воздуха сернистым газом являются котельные, которые сжигают много угля, предприятия цветной металлургии, сернокислотное производство, коксохимические заводы.

Концентрация сернистого газа в атмосферном воздухе зависит от источника загрязнения, расстояния от него, направления ветра и т. д. и варьирует в больших пределах, доходя иногда возле предприятия до 15-20 мг/м³.

Сернистый газ раздражает слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Порогом обонятельного ощущения является концентрация 2,6 мг/м³, порогом раздражающего действия - около 20 мг/м³.

Сернистый газ вызывает сдвиги в обменных процессах. Высокие концентрации его при длительном воздействии ведут к развитию катара верхних дыхательных путей, бронхита, диспепсических расстройств. Он способен вызывать гипергликемию, что свидетельствует об общетоксическом действии его. Сернистый газ вредно действует на растительность. В концентрациях 1:1 000 000 он вызывает у растений видимые глазом повреждения. При кратковременном воздействии сернистый газ при концентрации 0,92 мг/м³ действует на процессы ассимиляции растений, что не имеет места при концентрации 0,62 мг/м³.

Окись углерода (CO). Окись углерода - газ без запаха и цвета. Плотность по отношению к воздуху - 0,967. Окись углерода образуется при неполном сгорании топлива, ее образование всегда связано с доменным, коксовым, газогенераторным и другими производствами. Окись углерода обнаруживается в значительном количестве в светильном, водяном, дымовых и выхлопных газах. Вместе с дымом и газами, выбрасываемыми промышленными предприятиями, окись углерода попадает в атмосферный воздух. Воздух на магистралях больших городов может содержать повышенное количество окиси углерода за счет выхлопных газов автотранспорта (в среднем до 10 мг/м³). На расстоянии 1 км от металлургического комбината в атмосферном воздухе в среднем найдено 57 мг/м³ окиси углерода.

Окись углерода является кровяным и общетоксическим ядом. Экспериментально и клинически установлена возможность хронического отравления окисью углерода. Наблюдения показывают, что концентрацию окиси углерода порядка 20-30 мг/м³ можно принять за пороговую, за которой уже наблюдаются нарушения в организме, в частности в нервной системе.

Окислы азота (NO, N₂O₅, NO₂). Окислы азота - смесь газов непостоянного состава. Они легко соединяются с водяными парами воздуха и превращаются в азотистую и азотную кислоты.

Окислы азота могут попасть в атмосферный воздух в значительных oколичествах как выбросы промышленных предприятий, при производстве азотной, серной, щавелевой и других кислот, при взрывных работах и определяться на довольно большом расстоянии от предприятий (2,56 мг/м³ на расстоянии 1 км; 1,43 мг/м³ на расстоянии 2 км). При длительном вдыхании малых концентраций окислов азота наблюдаются бронхиты, упадок питания, анемия, разрушение зубов, расстройство желудочной секреции, активизируется туберкулезный процесс, ухудшается течение сердечных заболеваний.

Другие газообразные примеси. В атмосферном воздухе может встречаться сероводород (H2S), источником которого являются промышленные предприятия (химические заводы, металлургические предприятия, нефтеперерабатывающие заводы), процессы гнилостного разложения органических веществ, скопление нечистот, утилизационные заводы и пр. В последнем случае атмосферный воздух может загрязняться и другими продуктами органического разложения - сернистым аммонием, летучими жирными кислотами, индолом, скатолом и т. д. Их присутствие даже в незначительных количествах воспринимается обонянием и вызывает неприятные субъективные ощущения, иногда доходящие до тошноты и рвоты. Порогом раздражающего действия является 14-20 мг/м³. Концентрация 0,04-0,012 мг/м³ является порогом ощущения запаха.

Заводы по производству сероуглерода и вискозы могут быть источником загрязнения атмосферного воздуха сероуглеродом (слабый запах сероуглерода ощущается при концентрации 0,05 мг/м³ воздуха). Атмосферный воздух может загрязняться и высокотоксическими веществами (пары ртути, свинец, фосфор, мышьяк и т. д.).

Механические примеси в воздухе

Атмосферный воздух населенных пунктов содержит то или иное количество пыли: наземной пыли (почвенная, растительная), морской, пыли космического происхождения и т. д. Но главным источником пылевой загрязненности атмосферного воздуха являются промышленные предприятия (рис. 11). Пыль представляет собой аэродисперсную систему, в которой дисперсной фазой является раздробленное твердое вещество, а дисперсионной средой - воздух. Пыль бывает органическая (растительного или животного происхождения), неорганическая (металлическая, минеральная) и смешанная. В атмосферном воздухе наблюдается обычно смешанная пыль.

Рис. 11. Выбросы промышленных предприятий

Способность пылевых частиц удерживаться в воздухе во взвешенном состоянии или выпадать из него, оседая с разной скоростью, зависит от их размеров и удельного веса. Взвешенная в воздухе пылинка подвергается воздействию двух противоположно направленных сил - силы тяжести и силы трения. Если сила тяжести больше силы трения (пылевые частицы размером больше 10 мк), то частицы оседают с возрастающей скоростью, если сила трения уравновешивает силу тяжести (частицы пылинок размером 10-0,1 мкм), то они оседают с постоянной скоростью (закон Стокса), а пылевые частицы диаметром меньше 0,1 мкм, как правило, не выпадают из дисперсной системы, находясь в постоянном - броуновском - движении.

Со степенью дисперсности пыли, определяющей, таким образом, поведение ее в воздухе, связана и судьба пыли в дыхательных путях. Пылевые частицы размером 10 мкм и больше задерживаются в верхних дыхательных путях (нос, носоглотка, трахея, крупные бронхи), пылинки меньше 10 мкм проникают в альвеолы и там задерживаются, оказывая патологическое действие на организм в зависимости от характера пыли. Наибольшую опасность в этом отношении представляет пыль с размером частиц меньше 5 мкм. Более крупные пылинки, по-видимому, выпадают из струи вдыхаемого воздуха, не достигая альвеол. Пылинки размером меньше 0,1 мкм на 64-77% задерживаются в легких, а не выводятся из них током выдыхаемого воздуха, как принято было считать.

Вместе с тем имеется ряд обстоятельств, препятствующих оседанию пыли в дыхательном аппарате: разность температур вдыхаемого воздуха и стенок дыхательных путей, испарение влаги с этих стенок, способствующее отталкиванию пылевых частиц и т. д.

Вблизи промышленных предприятий там, где не применяются пылезащитные установки (пылеулавливающие), атмосферный воздух содержит в основном пылевые частицы небольших размеров. В пыли электростанций, загрязняющей атмосферный воздух, содержатся пылинки следующих размеров:

Для характеристики пылевой загрязненности воздуха и гигиенической оценки ее важное значение имеет выяснение количества пыли, содержащейся в определенном объеме воздуха. Количественная характеристика выражается обычно в весовых (гравиметрических) показателях - в миллиграммах пыли на 1 м³, воздуха. Определение запыленности воздуха путем подсчета пылинок в 1 см³ воздуха (кониметрический метод) в настоящее время имеет мало сторонников.

Максимальные разовые концентрации пыли в атмосферном воздухе промышленных городов при отсутствии очистных сооружений могут достигать 1-3 мг/м³, а в отдельных случаях - 6,82 мг/м³.

По данным Р. А. Бабаянца, максимальные разовые концентрации пыли в обследованном им городе находились в пределах от 0,84 до 13,85 мг/м³. По данным Института гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана, в одном из крупных городов максимальные разовые концентрации пыли после проведения мероприятий по золоулавливанию были: в центре города 0,15-1,48 мг/м³, в жилом районе 0,22-1,38 мг/м³, в промышленном районе 0,67-1,93 мг/м³.

Гигиеническая характеристика загрязнения атмосферного воздуха

Газообразные вещества и пыль атмосферного воздуха, превышая допустимые уровни, оказывают вредное воздействие на организм.

В продуктах неполного сгорания каменного угля, нефти установлено наличие канцерогенных соединений, вызывающих в эксперименте рак у мышей. В каменноугольной смоле обнаружено большое количество канцерогенных веществ, из которых сильнодействующими являются 3,4-бензпирен, 1,2- и 5,6-дибензантрацен. Многие авторы связывают рост удельного веса рака легких среди городского населения с наличием канцерогенных веществ в саже, содержащейся в атмосферном воздухе.

Имеются указания на то, что в задымленных районах Цинциннати рак легких встречается в 4 раза чаще, чем в малозадымленных. В промышленных городах ФРГ и США отмечается повышенная заболеваемость органов дыхания (фарингиты, бронхиты, трахеиты) и др.

В известных метеорологических условиях вследствие поступления в атмосферу окислов серы при сжигании топлива наблюдались токсические туманы, вызывающие расстройство дыхания и сердечно-сосудистой деятельности.

В декабре 1962 г. в Лондоне наблюдался туман, который сопровождался повышенной смертностью населения, особенно детей раннего возраста и лиц старше 55 лет. Наблюдения показали, что в туманные дни с 5 по 8 декабря в атмосферном воздухе резко повысилась концентрация сажи и сернистого газа, адсорбируемых водяными парами (в 10 раз более обычных).

С 1 по 5 декабря 1930 г. под Льежем (Бельгия) было зарегистрировано несколько тысяч случаев отравления среди населения, из них 70 смертных, вследствие того что выпускаемые в воздух сернистый газ и фтористый водород в связи с сильным туманом достигли опасных концентраций. Загрязнение атмосферы городов иногда является следствием фотохимических реакций углеводородов и окислов азота.

Газообразные вещества, загрязняющие атмосферный воздух, могут вызывать хроническое отравление. Не исключена возможность понижения резистентности организма к инфекционным заболеваниям в результате длительного вдыхания небольших концентраций ядовитых веществ, находящихся в атмосферном воздухе. Нельзя не учитывать и вредного воздействия неприятных ощущений, связанных с распространением запахов таких газов, как сероуглерод, сероводород, сернистый и серный ангидрид, хлор и др., а также действия на организм аллергенов, присутствие которых в атмосферном воздухе в ряде случаев не исключено. Не может не сказаться на здоровье населения и влияние аэрозолей тяжелых металлов (свинец, цинк), если они постоянно и в значительном количестве присутствуют в атмосферном воздухе. Экспериментально установлено, что в районе выбросов медеплавильного завода в организме животных происходит накопление свинца.

Пыль атмосферного воздуха может содержать известное количество свободной SiO₂. Обычно возможность возникновения бытового силикоза среди городского населения маловероятна вследствие сравнительно невысокой запыленности воздуха городов. Однако в населенных местах вблизи мощных электростанций возможность пресиликотических изменений не исключена.

К этому нужно добавить, что содержание пыли в атмосферном воздухе городов обусловливает потери части солнечной радиации, которая поглощается пылевыми частицами. Так, интенсивность солнечной радиации в городах на 15-25% ниже, чем в сельских местностях. Эта потеря происходит также за счет ультрафиолетовой части солнечной радиации, за счет лучей с длиной волны от 315 до 290 ммк, имеющих большое значение для роста и жизнедеятельности организма, особенно в детском возрасте. Путем эксперимента на белых крысах установлено, что потеря 15-25% ультрафиолетовых лучей приводит к повышению уровня фосфатазы и понижению фосфора, т. е. к явлениям, идущим параллельно с тяжестью рахита.

Запыленность атмосферного воздуха уменьшает общую освещенность и способствует образованию туманов. Так, освещенность рассеянным светом в промышленных районах крупного города на 40-50% меньше, чем в его окрестностях.

Пылевые примеси воздуха могут способствовать образованию туманов в силу их способности превращаться в ядра конденсации водяных паров. В результате этого в такой местности увеличивается количество пасмурных дней, а следовательно, возрастает и неблагоприятное воздействие климата на население (недостаточность солнечных дней, понижение общей освещенности, высокая влажность воздуха и т. д.).

В крупных городах отмечается глазной травматизм вследствие попадания в глаз угольной пыли.

Промышленные выбросы (пыль, сернистый газ) оказывают неблагоприятное влияние на растительность, причем это влияние иногда распространяется на очень далекие (до 25 км) расстояния от предприятия.

Пыль и сажа, содержащиеся в атмосферном воздухе, проникают в жилище и, естественно, ухудшают санитарные условия жизни населения, проживающего в районе выбросов промышленных предприятий.

Мероприятия по санитарной охране атмосферного воздуха. Забота о здоровье населения выдвигает требования борьбы с загрязнением атмосферного воздуха.

Начиная с 30-х годов XX столетия в результате бурного развития промышленности определилось новое направление в гигиене населенных мест - санитарная охрана атмосферного воздуха. Большой фактический материал, накопленный в результате исследований, лег в основу передового советского законодательства об охране чистоты воздушного бассейна промышленных городов. С этой целью установлен контроль по соблюдению гигиенических нормативов предельно допустимых в атмосферном воздухе концентраций (ПДК) загрязняющих его веществ.

Всесоюзная государственная санитарная инспекция утвердила предельно допустимые концентрации веществ в атмосферном воздухе населенных мест (табл. 4).

Таблица 4. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (СН 245-63)

Предельно допустимой концентрацией вредного вещества считается такая концентрация, при которой исключается неблагоприятное воздействие этого вещества на организм в течение неограниченно длительного времени. Различают разовую предельно допустимую концентрацию, под которой подразумевается наиболее высокая концентрация, определяемая путем кратковременного (15-20 минут) отбора проб, и среднесуточную - среднеарифметическое из многих проб, отобранных в течение суток. Обеспечение чистоты воздуха на уровне приведенных ПДК в атмосферном воздухе промышленных городов требует проведения санитарно-гигиенических мероприятий. Коренное разрешение этой задачи немыслимо в капиталистических странах, где промышленные предприятия принадлежат буржуазии, которая не заинтересована в проведении этих подчас дорогостоящих мероприятий. В Советском Союзе ведется огромная работа по санитарной охране атмосферного воздуха. Для обеспечения чистоты атмосферного воздуха большое значение имеют мероприятия по борьбе с выбросами котельных, электростанций и теплоэлектроцентралей, борьба с выхлопными газами автотранспорта, теплофикация городов, исключающая необходимость мелких котельных установок, газификация их, способствующая значительному снижению загрязнения атмосферного воздуха сажей, электрификация железнодорожного транспорта, рекуперация (возвращение материалов или энергии, израсходованных один раз при проведении процесса, для повторного использования в этом процессе) промышленных выбросов и пр.

Рис. 12. Схема циклона: 1 - вход газа; 2 - выход очищенного газа; 3 - выход пыли

Санитарно-технические мероприятия направлены на обеспечение очистки промышленных выбросов от пыли и газов, загрязняющих атмосферный воздух. Для улавливания пыли и золы существуют различные устройства от простых (пылеотстойные камеры) до более или менее сложных (циклон, мультициклон, различного рода золоулавливатели и т. д.).

Рис. 13. Схема мультициклона: 1 - кожух мультициклона; 2 - пылевой бункер; 3 - входная камера; 4 - камера очищенного газа; 5 - вход газа; 6 - отход газа (вертикальный газоотвод); 7 - циклонные элементы

Очистка воздуха в циклонах (рис. 12) и мультициклонах (рис. 13) осуществляется следующим образом. Проходя через эти устройства, воздух получает вращательное движение. В результате образовавшейся центробежной силы пылевые частицы отбрасываются к стенкам циклона, выпадают из воздуха и скапливаются в нижней части прибора, откуда и удаляются. Коэффициент очистки воздуха в циклоне составляет обычно 40-50%, мультициклоне - 63%. Большей эффективностью отличается мокрый золоулавливатель (92-98%). Наконец, высокоэффективным устройством для золо- и пылеулавливания являются электрофильтры (рис. 14). Они основаны на следующем принципе. Когда запыленный воздух проходит через трубку, соединенную с положительным полюсом постоянного тока, в центре которой имеется проволока, соединенная с отрицательным полюсом, пылевые частицы приобретают отрицательный заряд, отбрасываются к стенкам трубки, теряют свой заряд и выпадают из воздуха.

Рис. 14. Схема устройства электрофильтра: 1 - вход загрязненного газа; 2 - выход очищенного газа; 3 - осевшая пыль; 4 - осадительный электрод; 5 - коронирующий электрод; 6 - заземление

Для сероочистки предложено несколько методов (магнезитовый, известковый, аммиачный и др.), основанных на улавливании сернистого газа, причем наиболее совершенные из них позволяют очистить воздух от сернистого газа на 98-99%. К важным мероприятиям по охране атмосферного воздуха относятся запрещение строительства в селитебной зоне предприятий, загрязняющих атмосферный воздух, размещение их на специальных промышленных площадках с учетом направления господствующих ветров, соблюдение установленных санитарными нормами (CH 245-63) разрывов между промышленными предприятиями и жилыми кварталами, широкое и массовое озеленение городов, их благоустройство и рациональная санитарная очистка.