КГ Акулов

	фиксации, вновь восстанавливается при распаде органиче­
	ских веществ и снова связывается живыми существами.
	Азот принадлежит к инертным газам, он играет роль
	разбавителя кислорода, так как жизнь в чистом кислороде
	невозможна. Значительное увеличение содержания азота в
	воздухе может сопровождаться явлениями гипоксии и
	асфиксии вследствие снижения парциального давления
	кислорода. В условиях открытой атмосферы такие явле­
	ния не наблюдаются, так как колебания в содержании
	азота незначительны. Другие инертные газы (аргон, неон,
	гелий, криптон, ксенон) по характеру действия на челове­
!	ка аналогичны азоту.	или	двуокись	углерода, является
	Углекислый _ газ,
[	иетоЧникбм^угл'ерода	органических		веществ. Углекислый
	газ поступает в атмосферу при осуществлении процессов
	дыхания, брожения, гниения и окисления органических
	веществ при их распаде, сгорании горючих ископаемых.
	Атмосфера содержит примерно 2,3-1012 т углекислого га­
	за, из которых не менее		M 0 * T	ежегодно	выделяется
	человеком. Потребление		С 0 2 происходит в		результате
	ассимиляции его растениями в процессе фотосинтеза.
	Мощным регулятором содержания углекислого газа в
	атмосфере является океан. Примерно 1-1011 т				С 0 2 непре­
	рывно находится в состоянии обмена между атмосферой и
.	океаном.
	Из других постоянных газов воздуха с гигиенической
7	точки зрения представляет интерес озон. До				последних

'лет считалось, что озон является лишь природной состав­ ляющей воздуха и присутствует в приземном слое атмос-

iферы за счет заноса из стратосферы, где он непрерывно образуется в результате диссоциации кислорода под дей­ ствием УФ-радиации. В связи с высокой окислительной способностью озона присутствие его в воздухе считалось показателем чистоты последнего. В настоящее время установлено, что озон является промежуточным продук­ том фотохимических реакций, в связи с чем обнаружение его в воздухе современных городов является показателем загрязнения продуктами подобных реакций.

Кроме перечисленных газов, воздух содержит в непо­ стоянных количествах взвешенные вещества, представленные жидкими и твердыми аэрозолями. Взвешенные вещества в воздухе могут иметь природное происхождение, поступать вследствие деятельности человека, а также образовываться в результате реакций взаимодействия в атмосфере. Роль космической пыли ничтожна (около 0,0001%), вулканическая пыль вызывает временное загряз­ нение воздуха после извержения крупных вулканов. Так, вошедший в историю «сухой туман», стоявший в 1783 г. в течение 3 мес над всей Европой, явился результатом

деятельности вулканов Исландии. Несколько большую роль играет наземная пыль — почвенная, растительная, от лесных пожаров и морская, образующаяся вследствие испарения воды из брызг и капель и представленная кристаллами солей. Содержание наземной пыли сильно колеблется в зависимости от времени года, наличия растительности. Известны «кровавые дожди» в южных районах Европы, в частности во Франции, как результат выпадения с осадками красноватого песка, поднятого смерчами в Сахаре. Содержание растительной пыли, представленной пыльцой, спорами грибов и других расте­ ний, связано с сезоном года. Эта пыль может быть причиной аллергических заболеваний дыхательных путей. Так, в США число болеющих аллергическим ринитом вследствие вдыхания пыльцы достигает 3 млн. Значитель­ но большую роль в содержании взвешенных веществ в воздухе играют промышленные выбросы, создающие за­ грязнение атмосферного воздуха. Промышленная пыль характеризуется разнообразием качественного и количе­ ственного состава, что определяет ее биологическое дей­ ствие и гигиеническое значение.

К непостоянным составным частям атмосферного воз­ духа относятся различные газы и пары, появляющиеся, как и взвешенные вещества, в результате естественны* щюдассов (ограниченное число соединений) деятельности человека, а также реакций взаимодействия различных соединений в атмосфере, что и определяет их качествен­ ную характеристику и концентрацию в воздухе.

Согласно имеющимся данным, для некоторых компо­ нентов атмосферного воздуха поступелние за счет есте­ ственного происхождения превосходит таковое за счет промышленной продукции (табл. 31).

Т а б л и ц а	31
Соотношение между некоторыми компонентами воздуха природного	и

промышленного происхождения
Компонент	Природное происхожде­		Индустриальное проис­
	ние, т/год		хождение, т/год
Озон	2 - 109		Незначительно
Двуокись углерода	7 -1	0 10	1,5-10 10
Окись углерода			2 - 10s
Сернистый газ	1,42	-108	7,3-Ю 7
Соединения азота	1,4-10»		1,5-Ю 7
Взвешенные вещества	770+2200-106		960 +2615-106

Естественное поступление в атмосферу некоторых компонентов по масштабам превосходит промышленное, однако именно последнее имеет большое значение как вследствие того, что создает загрязнение атмосферного

воздуха в районах концентрации населения, так и потому, что существуют реальные предпосылки для борьбы с этого типа загрязнениями. Следует подчеркнуть, что промышленное загрязнение атмосферы на единицу площа­ ди земного шара (и в основном населенных мест!), как правило, превосходит загрязнение природными примеся­ ми.

Наличие взвешенных частиц в атмосферном воздухе городов может сопровождаться изменениями элементов климата, оказывающими косвенное влияние на здоровье человека и санитарные условия жизни. Исследования такого рода достаточно широко представлены в отече­ ственной литературе. Целесообразно ограничиться некото­ рыми обобщенными данными (табл. 32).

Т а б л и ц а	32
Средние изменения в элементах климата в атмосфере, происшедшие	в

результате урбанизации
	Элемент	По сравнению с сельской ме­
				стностью
Конденсация ядер и частиц		В	10 раз	больше
Газообразные загрязнения		»	5— 25	раз		»
Облачность:						■1
покрывающая		На 5— 10% больше
туман зимой		»	100%
»	летом	.»	30%
Осадки:
всего		»	5— 10%		»>
дни с количеством осадков
менее 5 мм		»	10%
снегопады		»	5%
Относительная влажность:
зимой		»	2% меньше
летом		»	8%
Радиация:
общая		»	15— 20% ниже
ультрафиолетовая зимой		»	30%
»	летом	»	5%		»
длительность солнцесияния		»	5— 15%			»
Температура:
годовая средняя		»	0,5— 1° С		выше
зимой, минимум		»	1— 2° С
дни с отоплением		»	10% меньше
Скорость ветра:
годовая средняя		»	20— 30%		ниже
большие скорости		»	10— 20% ниже
штиль		»	5— 20% выше

Вопрос о времени «жизни» и превращениях газообраз­ ных загрязнителей атмосферы является малоизученным. Имеющиеся данные весьма противоречивы и касаются лишь некоторых соединений. Срок «жизни» в атмосфере сернистого газа варьирует от нескольких часов до нес-

кольких дней. Сернистый газ постепенно окисляется в трехокись серы, которая, взаимодействуя с влагой возду­ ха, образует серную кислоту. На скорость процесса окисления влияют солнечный свет и мельчайшие частицы пыли, ускоряющие этот процесс, а также влажность

f j g воздуха.

Большинство реакций газообразных загрязнений в атмосфере связано с термическим или фотоокислением. Точно время пребывания различных веществ в атмосфере населенных мест определить не представляется возмож­ ным, так как на этот процесс оказывает влияние множе­ ство факторов.

Большая часть фотохимических превращений атмос­ ферных загрязнений относится к бимолекулярному типу. Предполагается, что в верхних слоях атмосферы на уровне более 30 км от земной поверхности, где фотохими­ ческие реакции протекают при участии солнечного излуче­ ния с длиной волн меньше 290 нм, происходит полный распад как органических, так и неорганических веществ, попавших из биосферы. Сложные молекулы распадаются, возвращаясь в приземной слой в виде углекислого газа, воды, кислорода, азота и пр.

Вприземном слое, где УФ-участок спектра ограничен

иначинается с 290 нм, первичные фотохимические реак­ ции могут происходить с веществами, характеризующими­ ся спектральными полосами поглощения, соответству­ ющими указанной длине волн. При образовании фотохи­

мического тумана наиболее важной первичной реакцией является разложение двуокиси азота под действием УФизлучения солнечной радиации (с длиной волн 400 нм) на окись азота и атомарный кислород.

N O 2-^N O + O

Такая первичная реакция дает толчок к множеству вторичных реакций, появлению свободных радикалов, образованию озона, полимеризации. Далее при окислении углеводородов образуются вещества с карбонильной груп­ пой (альдегиды, кетоны). Конечными продуктами фотохи­ мического разложения являются окись и двуокись углеро­ да, а также органические аэрозоли. Совместное окисление углеводородов и окислов азота приводит к образованию продуктов, вступающих в реакцию с образованием пероксиацилнитратов (ПАН) и пероксибензоилнитратов (ПБН), обладающих сильным токсическим действием. Характер­ ны для ПАН резкое слезоточивое действие, повреждение растительности и разрушение резины, проявляющиеся при очень низких его концентрациях (0,2— 1,5— 2,5 мг/м3).

В настоящее время установлено, что основной причи-

ной фотохимических превращений в приземном слое ат­ мосферы современных городов является высокая степень загрязнения воздуха органическими веществами (преиму­ щественно нефтяного происхождения) и окислами азота (результат процессов горения) за счет связывания их с молекулярным кислородом. Суммарная концентрация окислителей, так называемых оксидантов, образующихся в атмосферном воздухе в результате фотохимических превращений, в ряде случаев используется в качестве гигиенического показателя интенсивности протекания их, связанной со степенью загрязнения воздуха углеводорода­

ми.

^Несмотря на наличие процессов превращения и взаимодейсТвбяГ'а также разбавления, осаждения и др., появи­ лись данные, свидетельствующие о накоплении некоторых атмосферных загрязнений, влияние которых может рас­ пространяться на большие территории или даже иметь глобальные последствия. Хорошей иллюстрацией сказан­ ного является рис. 37, отражающий динамику кислотности дождевых вод с 1958 по 1965 г., связанную с наличием в атмосферном воздухе сернистой кислоты, над северной частью Западной Европы с центром в районе Рурского бассейна. Подтверждается возможность, во-первых, пере­ носа окислов серы на значительные расстояния от источ­ ников их выброса; во-вторых, накопления этого загрязни­ теля в атмосфере.

В современной научной литературе широко обсуждает­ ся проблема возможного изменения климата планеты в связи со все возрастающим количеством поступления в атмосферу углекислого газа. Известно, что он интенсивно поглощает солнечный свет в его инфракрасной части, в связи с чем, накапливаясь в атмосфере, пропускает солнечную радиацию и не выпускает инфракрасное (теп­ ловое) излучение. Образуется так называемый тепличный или парниковый эффект, когда наблюдается повышение температуры воздуха в приземном слое.

Наблюдения за содержанием углекислого газа в атмос­ фере свидетельствуют об увеличении его количества ежегодно на 0,2%. Расчеты показывают, что с 1973 по 2000 г. содержание его при нынешних темпах накопления возрастет еще на 20%, составив 0,0370%. Вместе с тем количественная оценка изменений температуры атмосфе­ ры в связи с накоплением углекислого газа еще далеко не ясна. Кроме того, одновременно с накоплением его возра­ стает запыленность атмосферы. Накопление пыли в ат­ мосфере создает как бы экран для солнечной радиации и изменяет альбедо Земли, т. е. происходит дополнительное отражение в космос солнечной радиации, что должно вести к понижению температуры воздуха. В связи с

Рис. 37. Динамика изменения кислотности дождевых вод над северной частью Западной Европы.

изложенным факт накопления углекислого газа в атмос­ фере и последствия этого еще требуют своей оценки.

Наиболее распространенными загрязнителями, обнару­ живаемыми в атмосфере практически каждого города и промышленного центра, Комитет экспертов ВОЗ в 1972 г. назвал взвешенные вещества (пыль разного состава), окислы серы и азота, окись углерода и оксиданты. Для городов СССР из перечисленных основных загрязнителей оксиданты не имеют большого значения в отношении как повсеместности их распространения, так и степени загряз­

нения воздуха.

Примерное значение ведущих для СССР загрязнителей атмосферы в общей эмиссии промышленных выбросов можно охарактеризовать данными за 1968— 1969 гг. (табл. 33).

Т а б л и ц а 33 Удельное значение отдельных загрязнителей в общей сумме промышленных

выбросов в атмосферу СССР
Загрязнение	%
Окись углерода	31,9
Взвешенные вещества	28,3
Двуокись серы	27,0
Углеводороды	10,7
Окислы азота	1,1
Прочие	1,0

Для 70-х и начала 80-х годов сохраняют значение загрязнители, приведенные в табл. 33, с некоторым повышением значения окислов азота и аэрозолей металлов в загрязнении атмосферы наших городов. Это не значит, что другие загрязнители не имеют значения. Но они создают локальные загрязнения, в то время как характер­ ным для ведущих загрязнителей является их повсеместное присутствие в атмосферном воздухе городов и промыш­ ленных центров, а следовательно, их воздействию подвер­ жено практически все городское население нашей страны.

Появление ведущих загрязнителей атмосферы связано с развитием ряда отраслей промышленности, являющихся источниками загрязнения атмосферного воздуха. По дан­ ным за 1968— 1969 гг., основное значение в загрязнении имели семь отраслей промышленности (табл. 34). За последнее десятилетие относительно возросло значение автотранспорта как источника загрязнения атмосферы городов. Расчеты показывают, что удельное значение его повысилось до 30%, а для некоторых городов — еще больше.

Т а б л и ц а 34 Значение отдельных отраслей промышленности СССР в загрязнении

атмосферного воздуха
Вид промышленности	%
Электростанции, включая ТЭЦ	27,0
Черная металлургия	24,3
Нефтедобыча и нефтехимия	15,5
Автотранспорт	13,1
Цветная металлургия	10,5
Промышленность стройматериалов	8,1
Химическая промышленность	1,3

Таким образом, в загрязнении воздушного бассейна горо­ дов повсеместное и ведущее значение имеют электростан­ ции (т. е. процессы сжигания топлива) и автотранспорт.

Продукты сжигания топлива. Степень загрязнения ими атмосферного воздуха зависит от ряда факторов, среди которых большое значение имеют вид топлива и тип его сжигания. В СССР используются в основном три вида топлива: твердое (уголь), жидкое (мазут) и газообразное (натуральный или побочный газ). В результате сжигания твердого минерального топлива образуются продукты полного (двуокись углерода, водяные пары, окислы азота, сернистый и серный ангидрид) и неполного (окись углеро­ да, смолистые вещества, сажа) сгорания. Минеральные вещества образуют шлак и летучую золу.

Сжигание ма^ягА сопровождается образованием ряда продуктов непсйшого сгорания, относящихся к углеводо­ родам, а также окиси углерода, окислов азота и серы, пятиокиси ванадия. Следует отметить, что выброс окис­ лов серы является основной вредностью при сжигании мазута. По содержанию серы различают малосернистые (0,8— 2%) и сернистые мазуты. Особенно неблагоприятны сернистые мазуты «Второго Баку» (Ишимбаево), Башки­ рии, содержащие до 3,5— 4% серы.

Наиболее целесообразным с гигиенической точки зре­ ния является использование натурального газа в качестве топлива, хотя и этот процесс сопровождается образовани­ ем окислов азота и небольшого количества углеводородов.

Впоследние 30 лет техника сжигания твердого топлива

ииспользование содержащейся в нем энергии развиваются

всторону перехода от слоевого сжигания к пылеугольно­ му. Пылеугольные топки отличаются от колосниковых тем, что уголь сжигается в них не на решетках, а во взвешенном состоянии, для чего его предварительно прев­ ращают в пыль, которую вдувают в топку через форсун­

ки. При таком сжигании достигается высокая полнота горения, вследствие чего в дыме содержится мало недо­

жога и сажи, дым не имеет черного цвета, характерного для колосниковых топок. В пылеугольных топках благо­ даря раздробленному состоянию угля и большой суммар­ ной поверхности его частиц легко и полно сгорают низкосортные угли, богатые минеральными примесями и имеющие низкую калорийность. Так как эти угли не могут сжигаться в слое, то переход на пылеугольный способ сжигания позволяет использовать для энергетических целей широко распространенные местные угли низкого качества, сланцы, перевозка которых на далекие рассто­

яния нерентабельна.

Недостатком пылеугольных топок является очень вы­ сокий выброс летучей золы. При слоевом сжигании главная масса минеральных примесей топлива переходит в шлак, при пылеугольном — почти вся зола уносится в виде тонкой пыли с дымовыми газами. В то ж е время пыле­ угольные топки работают на низкосортных углях, бога­ тых золой, в связи с чем выбрасывают золы значительно больше, чем устройства для слоевого сжигания.

Переход от паровой машины к турбине способствовал значительному уменьшению габаритов паровых двигателей

ипозволил строить электростанцию большой мощности. Стремление еще больше удешевить стоимость энергии

иувеличить использование теплотворной способности топлива привело к внедрению так называемых теплоэлек­ троцентралей (ТЭЦ), которые используют отработанный пар для целей теплофикации прилегающих жилых масси­ вов и промышленных предприятий. Теплофикация очень выгодна в экономическом отношении и ведет к упраздне­ нию мелких отопительных котельных, сильно загрязня­ ющих атмосферный воздух. В то же время это приближа­ ет мощные источники выброса к жилью, так как передача тепла на дальние расстояния до сих пор не освоена, хотя теоретически вполне возможна. С другой стороны, только

на крупных ТЭЦ возможны строительство и эффективная работа современных дымоочистных устройств, представ­ ляющих собой целые заводы и нуждающихся в квалифи­ цированном инженерном надзоре.

Основным ингредиентом дыма является зола. Количе­ ство выбрасываемой золы зависит от зольности топлива и типа сжигания. Зольность топлива зависит от минераль­ ных веществ, образовавшихся из органической раститель­ ной массы, явившейся геологическим источником камен­ ного угля, и механической примеси к углю пустой породы, в которой он залегал. Первая часть составляет очень небольшую часть всей золы и неустранима, вторая — основную массу и может быть устранена путем сортиров­ ки и мойки угля. Чем больше зольность угля, тем хуже его качество и, как правило, ниже теплотворная способ­

ность, так как этот балласт не участвует в процессе горения. Зольность топлива выражают в процентах к рабочей массе (А р). Она колеблется в больших пределах: от нескольких процентов для антрацитов до десятков— для бурых углей (лигнитов) и сланцев. Дрова имеют низкую зольность — около 1%.

Уйос золы зависит и от типа сжигания. При слоевом сжигании топлива унос золы составляет лишь 20— 30% от общего количества ее, при пылеугольном он значительно выше — в среднем 85%, хотя более совершенные пыле­ угольные топки (циклонные) имеют 10— 15% уноса.

Зная зольность топлива и тип сжигания, можно под­ считать унос золы из топки. Однако выброс на 1 кг сожженного топлива не дает полного представления об его санитарной вредности. Для получения одного и того ж е количества электроэнергии или пара котельный агрегат расходует тем больше топлива, чем меньше его энергети­ ческая ценность или теплотворная способность. Для пол­ ной оценки угля расчет ведут на тепловую единицу (приведенная зольность A flp). Характеристика некоторых видов топлива и уноса золы при пылеугольном сжигании

приведена	в табл.	35.
				Т а б л и ц а 35
Характеристика топлива при пылеугольном сжигании
Вид топлива		Золь­	Унос,	Энергети­	Зольность,
		ность,	кг/т	ческая	А р
		А»,%		ценность,	пр
				кДж
Донецкий уголь АП		5	45	30,6	0,68
»	АШ	18	162	24,7	3,0
Подмосковный »		20	160	13,8	6 0
Кизиловский	»	27	220	24,3	4,6
Сланцы кашпирские		50	350	6,28	33 3
Мазут		0,3	—	38,9

Сжигание топлива сопровождается выбросом в атмос­ феру вместе со взвешенными веществами окислов серы __ сернистого газа и трехокиси серы. Сера содержится в угле в трех формах: органической, сульфатной и сульфид­ ной. Сульфатная сера не горит и переходит в золу. В горении участвуют лишь две другие формы серы, которые полностью сгорают в топке, образуя в основном серни­ стый газ и очень небольшую часть (1— 3% от общего количества серы) трехокисного ее окисла — S 0 3, образу­

ющего в условиях атмосферы тонкодисперсный аэрозоль серной кислоты.

Органическая сера присутствует в угле в незначитель­