Атмосферный воздух

¹Значение атмосферы

Положительные стороны (+):

• Атмосфера является частью окружающей среды, влияет на свойства других частей и сама испытывает их влияние.
• Физиологическое значение – участие в газообмене, окислительно-восстановительных реакциях.
• Является резервуаром для удаления продуктов обмена, отходов производства и потребления.
• Участвует в теплообмене между организмом и внешней средой. Воздух плохо проводит тепло.
• Регулирует солнечную радиацию: задерживает жёсткое ультрафиолетовое излучение и космическое излучение, пропускает инфракрасное и видимое излучение.
• Является фактором климатообразования.
• Служит источником сырья для промышленности.
• Используется в фармацевтической и пищевой промышленности, для медицинских нужд (кислород и инертные газы, барокамеры, суховоздушные углекислые ванны, кислородные коктейли).

Отрицательные стороны (-):

• Может содержать микробы, токсины, пыль, аллергенные вещества.
• Сильный ветер, бури, ураганы, тайфуны, а также штилевая погода действуют отрицательно на условия жизни населения.

²Гигиеническая классификация видов воздуха

С гигиенических позиций различают:

• атмосферный воздух населённых мест;
• воздух рабочей зоны;
• воздух закрытых помещений;
• воздух вне помещений (уличный воздух).

³Строение атмосферы

• Тропосфера – прилегает к земле, высота 8–12 км. По химическому составу и физическим свойствам соответствует потребностям человека и животного, растительного мира. Высокая подверженность влиянию природных и антропогенных факторов. Имеет основное значение для формирования погоды и климата.
• Стратосфера – «слоистый» шар, газы располагаются слоями, высота от 8–12 км до 50–55 км, высокая разреженность, мало пыли земного происхождения, температура –70…–80 °С. Гигиеническое значение – содержание озонового слоя, экрана от жёсткого ультрафиолетового излучения.
• Мезосфера – высота до 80 км.
• Ионосфера – до 800 км, воздух сильно ионизирован.

⁴Влажность воздуха и её гигиеническое значение

Различают: максимальную, абсолютную и относительную влажность.

• Оптимальная относительная влажность – 40–60%.
• Допустимая – 30–80%.
• Неоптимальная – менее 30% и более 80%.

При влажности менее 30% (сухой воздух) неблагоприятно действует на слизистые дыхательных путей, кожные покровы, волосы, нарушаются защитные силы организма.

При высокой влажности усиливается неблагоприятное действие температуры, увеличиваются простудные заболевания, повышается риск грибковых поражений продуктов, одежды, обуви.

⁵Движение воздуха

Движение воздуха способствует воздухообмену населённых мест, удалению вредных примесей, равномерному распределению температуры на всей территории.

• Благоприятное влияние на организм при скорости 1–2 м/сек.
• Неблагоприятное раздражающее или острое действие при высоких скоростях.
• Очень высокие скорости ветра (ураганы) оказывают разрушающее действие на строения, вызывают пыльные бури, наводнения, заболевания и даже гибель людей.
• Отсутствие движения воздуха (штиль) способствует развитию смога, фотохимического тумана, росту заболеваемости населения.

⁶Температура воздуха

Температура воздуха бывает оптимальной, повышенной (неоптимальной) и пониженной (неоптимальной). Деление зависит от возраста человека, состояния здоровья и характера выполняемого труда.

⁷Загрязнение атмосферного воздуха в городах России

Загрязнение воздуха наиболее значительно в городах: Норильск, Новокузнецк, Липецк, Череповец, Магнитогорск, Омск, Красноярск, Ангарск, Челябинск, Братск.

Контролировалось содержание более 70 соединений, включая CO, SO₂, NO₂, H₂SO₄, H₂S, NH₃, фенол, формальдегид, предельные и непредельные углеводороды, тяжёлые металлы, пестициды, амины.

По Российской Федерации количество проб с превышением нормы составило 4,5%. На 45 территориях РФ зафиксировано превышение ПДК в 5 раз.

⁸Приоритетные загрязнители и их концентрации

Список приоритетных загрязнителей: бензпирен, взвешенные вещества, формальдегид, свинец, углеводороды.

• Бензпирен выявлен: в Красноярске – до 3,6 ПДК, в Минусинске – до 79,4 ПДК (зимой), в Петропавловске-Камчатском зимой – 7 ПДК, летом – 1,5–2 ПДК.
• Более 30 млн человек живут в условиях превышения ПДК по бензпирену, формальдегиду, пыли, углеводородам и др.
• Омск: 4 ПДК (формальдегид) + 2,6 ПДК (бензпирен) + 11 ПДК (этилбензол) + 10 ПДК (ацетальдегид).
• Кемерово: NO₂ – 10 ПДК + диметиламин – 8 ПДК, HCl – 10,9 ПДК, NH₃ – 5,7 ПДК, сажа – 8,4 ПДК.

Причины загрязнения: недостаточность очистных сооружений по очистке выбросов, малоэффективные и старые технологии. Автотранспорт – количество растёт ежедневно на 30–40%. Рядом с автомагистралями высокий уровень загрязнения.

⁹Время сохранения токсикантов в воздухе

¹⁰Виды действия загрязнителей на организм

• Токсическое влияние выбросов – SO₂, SO₃, NO, NO₂, NO₃, формальдегид, пыль.
• Канцерогенное действие – пары ртути, аэрозоли свинца, бензпирен.
• Неспецифическое действие – бронхиты, ангины, аллергия.
• Фотохимические превращения – смог (повышенная влажность, температурная инверсия, сниженная скорость движения воздуха).
• Снижение солнечной радиации – вторичные изменения, плохая освещённость, развитие рахита.

¹¹Профилактика загрязнения атмосферного воздуха

Профилактика включает:

• гигиеническую регламентацию примесей в воздухе;
• улучшение технологий (автомобили, промышленность, ТЭЦ и др.);
• санитарно-технические мероприятия;
• архитектурно-планировочные мероприятия.

¹²Защита воздуха от загрязнений: законодательные и технологические меры

• Замена этилированного бензина на неэтилированный (Федеральный закон № 34-ФЗ от 22.03.03 с изменениями 01.07.03, запрет на использование этилированного бензина по субъектам РФ).
• Разработка альтернативных видов автомобильного топлива (высокоочищенный газ, техосмотр транспорта, строительство объездных дорог, тоннелей).
• Работа на стационарных источниках: реконструкция горелок на ТЭЦ, внедрение системы рециркуляции теплоносителя на котлах, внедрение озоно-безопасных установок, введение печей дожига газов.

¹³Планировочные мероприятия и роль зелёных насаждений

• Районная планировка – учёт розы ветров, рельефа местности, аэроклиматической характеристики территории.
• Генеральные планы городов.
• Санитарные нормы строительства промышленных предприятий.
• Застройка магистральных улиц. Дома выполняют двойную роль: экранирующую и создание ветровой тени.
• Благоустройство населённых мест, зелёные насаждения, борьба с ветровой эрозией почв.

¹⁴Санитарно-технические методы очистки выбросов

Защита от пыли и газов:

• Сухие механические пылеуловители (циклонные) – до 85–90% крупной пыли.
• Фильтры (пористые материалы, стекловолокно, песок, графит).
• Электрические фильтры (эффективны для газов, бывают сухие и мокрые).
• Аппараты мокрой очистки – воздух орошается, загрязнения удаляются.

Технологические мероприятия для промышленности:

• создание замкнутых циклов;
• обработка мазута для извлечения серы, никеля, магния;
• замена угля и мазута на газ;
• использование водорода в автомобилях и котельных;
• гидротехнологии;
• замена газа на электричество (в быту);
• герметизация производства;
• замена циклических процессов на непрерывные.

¹⁵Профилактика загрязнений от автотранспорта

• Регулировка двигателей и карбюратора.
• Нормирование токсических веществ в отработанных газах и контроль (посты, станции техобслуживания).
• Каталитические системы нейтрализации.
• Отказ от этилированного бензина, добавки типа метил-бутилового эфира и др.
• Новые виды топливной аппаратуры.
• Переход к качественным дизельным двигателям.
• Рекуперация выхлопных газов, получение синтез-газа.
• Использование вместо бензина природного газа, водорода, метилового (этилового) спирта.
• Электромобили.
• Планировочные решения в городах и на автострадах: перевод за город транзитного транспорта, строительство терминалов для грузового транспорта, строительство индивидуальных гаражей-кооперативов.

¹⁶Электрическое состояние воздуха (ионизация)

К электрическому состоянию воздуха относятся:

• ионизация воздуха;
• электрическое поле земли;
• электромагнитное поле земли;
• геомагнитное поле;
• электрическое состояние во время грозы.

Ионизация – это расщепление молекул на «положительные» и «отрицательные» ионы.

¹⁷Глобальные последствия загрязнения атмосферы

Парниковый эффект

Повышение температуры → таяние ледников → подъём уровня Мирового океана → затопление земель. Мировое сообщество (Киотский документ, 1997; Конвенция ООН, 1992 г.) стремится внести ограничения на выбросы CO₂, CH₄, азотных соединений.

Разрушение озонового слоя

• Разрушители озона: хлорфторуглероды, бромистый метил (дезинфектант для обработки продуктов питания). Br в 30–60 раз активнее хлора в отношении разрушения озона.
• Тетрахлорметан, метилхлороформ, фреоны (растворители, присадки к бензину), баллоны для тушения пожаров, производство одноразовых полистироловых станков, фасовочных материалов.
• Распределение выбросов: США – 35%, Западная Европа – 40%, Япония – 10%, Россия – 7–10%.
• Последствия уменьшения озона: уменьшение озона на 1% → катаракта, болезни сетчатки, рост рака кожи на 40%.

Кислотные дожди (Роберт Смит, 1872 г.)

Образуются из оксидов серы и азота. В 1996 году в России выпало 4 млн т серы и 1,25 млн т нитратного азота. Основные источники – двигатели внутреннего сгорания, котельные, ТЭЦ. Последствия: гибель лесов, растительности, фитопланктона водоёмов.

Выхлопы двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

В мире сжигается 2 × 10⁹ т нефти в год. КПД ДВС – 23%, остальное – обогрев. Состав выхлопов сложный, более 300 веществ, главные из которых: оксид углерода, углеводороды, оксиды азота, формальдегид, толуол, бензол, бензпирен, тяжёлые металлы, кислоты. Их количество и качество зависят от технического состояния, угловой эксплуатации, изношенности двигателя, применения усиленного газования, состояния автодорог, организации движения, соблюдения гигиенических нормативов.

¹⁸Самоочищение воздуха

Процессы самоочищения включают:

• вымывание осадками;
• оседание пыли;
• сорбцию газов на поверхности почвы, растворение в воде;
• перемешивание за счёт движения воздуха;
• фотохимическую трансформацию;
• окисление, восстановление, разложение сложных соединений на простые вещества.

¹⁹Международные соглашения

• 1987 г. – Монреальский протокол (56 стран, соглашение о двукратном снижении фторуглеродов).
• 1990 г. – Лондон: призыв сократить и свести к нулю производство фторуглеродов.
• 1992 г. – Копенгаген: призыв сократить и свести к нулю производство фторуглеродов.
• К 1996 г. прекращено производство тетрахлорида углерода.
• Киотское соглашение – международная финансовая поддержка прекращения производства озоноразрушающих веществ. Существуют проекты регенерирования озона на Земле, в космосе, в атмосфере.

²⁰Заключение

Атмосферный воздух является важнейшей средой обитания человека, и его качество напрямую влияет на здоровье населения, климат и состояние экосистем. Высокий уровень загрязнения в промышленных городах России, приоритетные загрязнители (бензпирен, формальдегид, взвешенные вещества, свинец, углеводороды), длительное время сохранения токсикантов, а также глобальные проблемы – парниковый эффект, разрушение озонового слоя и кислотные дожди – требуют комплексных мер профилактики. К ним относятся гигиеническое нормирование, технологические усовершенствования, санитарно-техническая очистка выбросов, планировочные решения, контроль автотранспорта, внедрение альтернативных видов топлива и международное сотрудничество по сокращению выбросов парниковых и озоноразрушающих веществ. Сохранение чистоты атмосферного воздуха – одна из приоритетных задач гигиены и экологии.