Лекция 2 q. Физическая характеристика

Лекция 2 q. Физическая характеристика воздушной среды. q Гигиеническая характеристика воздушной среды. q Загрязнение атмосферы q Охрана атмосферного воздуха 1

Строение атмосферы Земли 1000 км Вакуумсфера Тропосфера – нижний слой атмосферы 600 км Свойства тропосферы: Стратосфера Ионосфера q постоянные суточные и сезонные колебания температуры; q постоянное перемещение воздушных потоков во всех направлениях; 80 км q присутствие значительных количеств водяных паров; q наличие посторонних примесей (твердые, жидкие и газообразные загрязнения); В стратосферу загрязнения попадают либо в виде космической пыли, либо с поверхности Земли при 15 км чрезвычайных обстоятельствах (ядерный взрыв, сильные извержения вулканов). Тропосфера Из-за горизонтального перемещения воздушных масс и низкой скорости оседания, эти загрязнения перемещаются на огромные расстояния и поэтому называются глобальными. Под действием космического и коротковолнового 2 солнечного излучения в стратосфере из кислорода

Состав атмосферы Углекислый Постоянная концентрация кислорода (О 2) в газ атмосфере обеспечивается непрерывными 0, 03% процессами его обмена в природе. Кислород потребляется при дыхании живых организмов и других окислительных процессах (горение, гниение и др. ) и поступает в атмосферу Кислород Азот в результате фотосинтеза растений (~ 1, 5· 1015 21% 78% т/год). Небольшие изменения концентрации кислорода переносятся легко, благодаря существенными Прочие компенсационным возможностям организма. газы ~1% Компенсация кислородной недостаточности происходит за счет: qусиление легочной вентиляции (частое и глубокое дыхание); q усиление циркуляции крови (частота и объем сердечных сокращений); q увеличение количества циркулируемой крови (выход крови из депо); q увеличение транспортирующей емкости крови (количество эритроцитов 3 и гемоглобина);

Состав атмосферы Углекислого газа (CO 2) в атмосферном воздухе всего 0, 03 -0, 04% (гигиеническое влияние велико). Диоксид углерода - физиологический возбудитель дыхательного центра (показатель чистоты воздуха в помещениях). ПДК для CO 2 – 0, 1%. Углекислый газ может скапливаться в нижних частях замкнутых пространств (колодцы, шахты, погреба и т. п. ), где активно происходят процессы окисления и отсутствует вентиляция, и представлять опасность для здоровья и жизни человека. Концентрация в 3% считается опасной для здоровья, 10% - опасной для жизни (потеря сознания через несколько минут), 20% - смертельной (паралич дыхательного центра через несколько секунд). Азот (N 2) – инертный газ (роль наполнителя). При повышенном давлении (9 и более атмосфер) оказывает наркотическое действие. 4

Физические свойства воздуха: Среди физических свойств воздуха гигиеническое значение имеют следующие: q Атмосферное давление q Скорость движения воздуха q Влажность q Температура Атмосферное давление Воздух удерживается у поверхности Земли силой притяжения, т. е. воздух имеет определенный вес. На уровне моря воздух оказывает давление на все предметы равное 1033 г/см 2 (1 атм = 1, 013· 105 Па или 760 мм рт. ст. ). На всю поверхность тела человека площадью 1, 6 -1, 8 м 2 воздух оказывает давление порядка 16 -18 тонн. Это не ощущается, поскольку под таким же давлением газы растворены в жидкостях и тканях организма и изнутри уравновешивают внешнее давление. При изменении внешнего атмосферного давления в силу погодных условий, для уравновешивания его изнутри требуется некоторое время, необходимое для увеличения или уменьшения количества газов, растворенных в организме. В течение этого времени может ощущаться чувство дискомфорта. Резкие изменения атмосферного давления особенно опасны для людей, 5 страдающих хроническими заболеваниями сердечно-сосудистой системы,

Физические свойства воздуха Влияние пониженного давления С пониженным давлением человек встречается при подъеме на высоту ( в горах либо при использовании летательных аппаратов). Основной фактор влияющий на человека - кислородная недостаточность. С увеличением высоты атмосферное давление постепенно снижается (примерно на 1 мм рт. ст. на каждые 10 м высоты). На высоте 6 км атмосферное давление уже вдвое ниже, чем на уровне моря, а на высоте 16 км - в 10 раз. В зависимости от парциального давления кислорода на разных высотах различают зоны по степени влияния на организм человека: 1. Индифферентная зона - до 2 км 2. Зона полной компенсации - 2 - 4 км 3. Зона неполной компенсации - 4 - 6 км 4. Критическая зона - 6 - 8 км 5. Смертельная зона - выше 8 км 6

Физические свойства воздуха Переход (диффузия) кислорода из альвеолярного воздуха в венозную кровь происходит за счет разницы парциального давления кислорода в венозной крови и в альвеолярном воздухе Эта разница называется диффузным давлением. При малом диффузном давлении артериализация крови в легких затрудняется, наступает гипоксемия , ( высотная и горная болезни). Симптоматика: одышка, сердцебиение, побледнение кожных покровов и акроцианоз, головокружение, слабость, быстрая утомляемость, сонливость, тошнота, рвота, потеря сознания. Начальные признаки высотной или горной болезней начинают проявляться уже с высоты 3 -4 км. Кроме кислородной недостаточности снижение барометрического давления при подъеме на высоту приводит и к другим декомпрессионным расстройствам, выражающимся в расширении газов, находящихся в естественных полостях организма (придаточные пазухи носа, среднее ухо, плохо запломбированные зубы, газы в кишечнике и т. д. ). Симптоматика: боль, в тяжелых случаях - повреждения легких, кишечника, носовые кровотечения и т. д. 7

Физические свойства воздуха Влияние повышенного давления q Переход к повышенному давлению здоровые люди переносят довольно безболезненно (например, при водолазных работах и в кессонах): происходит уравновешивание давления во всех внутренних полостях организма с наружным, растворение азота в жидкостях и тканях организма в соответствии с парциальном давлением его во вдыхаемом воздухе На каждую добавочную атмосферу давления в организме растворяется дополнительно примерно по 1 литру азота. q. Значительно серьезнее обстоит дело при выходе из атмосферы с повышенным давлением к нормальному (при декомпрессии). При этом азот, растворившийся в крови и тканевых жидкостях организма, стремится выделиться во внешнюю атмосферу. Если декомпрессия происходит медленно, то азот постепенно диффундирует через легкие. q В случае ускорения декомпрессии азот не успевает диффундировать через легочные альвеолы и выделяется в тканевых жидкостях и в крови в газообразном виде (в виде пузырьков). Возникает кессонная болезнь. q. Кессонная болезнь выражается в возникновении резких ломящих болей в мышцах, костях и суставах, симптоматика развивается в зависимости от локализации сосудистых эмболов (мраморность кожи, парестезии, парезы, параличи, и т. д. ). 8

Физические свойства воздуха Движение воздуха способствует сохранению постоянства и относительной равномерности воздушной среды (уравновешивание температур, перемешивание газов, разбавление загрязнений). При планировке жилых зон следует учитывать «розу ветров» – графическое изображение повторяемости направления ветров в данной местности за определенный период времени. Промышленные зоны следует располагать с подветренной стороны по отношению к жилой зоне. Скорость движения воздуха в атмосфере может колебаться от полного штиля до ураганов (свыше 29 м/с). В помещениях скорость движения воздуха нормируется в пределах 0, 2 -0, 4 м/с. Меньшая скорость свидетельствует о плохой вентилируемости помещения, а превышение ее создает неприятное ощущение сквозняка. 9

Физические свойства воздуха Влажность воздуха влияет на теплообмен организма с окружающей средой. Абсолютная влажность показывает количество водяных паров в граммах в 1 м 3 воздуха, не отражает степень насыщения воздуха парами. При одной и той же абсолютной влажности насыщение воздуха парами будет различным для разных температур. Относительная влажность - степень насыщения воздуха водяными парами. Оптимальная величина относительной влажности – 40 -60%, допустимая – 30 -70%. При более низкой относительной влажности (10 -15%) происходит интенсивное обезвоживание организма: проявляется повышенная жажда, сухость слизистых оболочек дыхательных путей. Высокая влажность неблагоприятна для терморегуляции организма. Температура воздуха - постоянно действующий фактор окружающей среды. Для нормальной жизнедеятельности важным является поддержание постоянной температуры тела. Большую часть энергии (~ 90%) организм теряет через кожные покровы. С поверхности тела тепло отдается путем: q излучения (инфракрасная радиация); 10

Физические свойства воздуха Опасность для здоровья представляет сочетание низких температур с сильным ветром. Чем выше скорость ветра, тем больше охлаждающее влияние отрицательных температур. Эту взаимосвязь отражает таблица ветро-холодового индекса (Волович, 1980). Сила ветра, Температура, C м/с Штиль 10 0 -10 -20 0 -0, 5 Умеренн ый 2 -12 -25 -39 5, 3 -7, 4 Сильный -1 -16 -31 -45 9, 9 -12, 4 Шторм -4 -20 -36 -52 18, 3 -21, 5 11

Загрязнение воздуха В состав воздушной среды входят разнообразные посторонние включения, попадающие в него из различных источников. В результате деятельности человека количество таких посторонних примесей к воздушной среде постоянно увеличивается. Виды загрязнений воздушной среды можно : 1) твердые (пыль), 2) жидкие (пары), 3) газообразные. 12

Твердые загрязнители (пыли): q Почвенная пыль, которая поднимается в воздух с поверхности почвы в результате перемещения воздушных масс, чему особенно способствует движение транспортных средств. q Твердые выбросы в атмосферу из энергетических установок (промышленных предприятий и отопительных систем). q Радиоактивная пыль, попадающая в воздух в результате аварийных ситуаций на предприятиях, использующих радионуклиды. При сжигании твердого топлива образуются: n - Зола (негорючие примеси к углю) n - Сажа (продукт неполного сгорания – наиболее патогенный компонент, содержащий много смолистых веществ, в т. ч. канцерогенных). При сжигании топлива в воздух (через трубу) выбрасывается около 80% образующейся золы. Поэтому при сжигании угля, содержащего 30% золы (к примеру, подмосковный уголь), в воздух поступает около 240 кг золы на каждую тонну сжигаемого топлива. В промышленных районах может оседать до 1500 т/км 2 пыли в год. 13

Твердые загрязнители (пыли): Атмосферную пыль, в соответствии с классификацией Джиббса, разделяют на : а) собственно пыль с величиной частиц 100 -10 микрон, которая оседает с ускорением; б) облака или туманы - с величиной частиц 10 -0, 1 микрон (оседает с постоянной скоростью); в) дымы - с величиной частиц менее 0, 1 микрона, которые вовсе не оседают, а находятся постоянно в состоянии броуновского движения. Степень дисперсности пылевых частиц имеет также значение с точки зрения проникновения их в дыхательные пути: Øкрупная пыль (частицы более 10 микрон) задерживается в верхних дыхательных путях и выводится с секретом слизистых оболочек. Øмелкая пыль (менее 5 микрон) проникает в альвеолы. Источники газообразных загрязнений воздуха: Øпромышленные предприятия Øотопительные системы, в которых сгорает уголь Øтранспорт, использующий двигатели внутреннего сгорания. 14

Источники газообразных загрязнений воздуха n Уголь содержит серу, которая при сгорании угля окисляется до сернистого газа (основной компонент газообразных загрязнений от энергетических установок). n Каждая крупная ТЭЦ дополнительно к пыли выбрасывает в сутки около 300 тонн сернистого газа, окись углерода, двуокись углерода, окислы азота и др. n Многие промышленные предприятия выбрасывают в воздух также значительное количество специфических газообразных примесей. В частности, химические предприятия выбрасывают в воздух огромное количество разнообразных токсических компонентов. 15

Источники газообразных загрязнений воздуха Автомобильный транспорт является основным источником загрязнения воздуха окисью углерода, разнообразные окислы азота, двуокись углерода, недосгоревшие углеводороды, озон и др. газы. n Дизельные двигатели выбрасывают в воздух также сажу. n Двигатели, использующие в качестве топлива этилированный бензин, выбрасывают в воздух также значительное количество свинца. n Каждый работающий двигатель легкового автомобиля выбрасывает в воздух около 3 кубометров чистой окиси углерода в час, грузовые вдвое больше. n В крупных городах с интенсивным автомобильным движением концентрация окиси углерода (CO) часто превышают ПДК 16

Жидкие загрязнения атмосферного воздуха Образуются : Øза счет взаимодействия газообразных веществ с атмосферной влагой Ø результате образуются ядовитые химические соединения, в например, из сернистого газа, выбрасываемого в воздух энергетическими системами, образуются кислоты, которые выпадают в виде кислотных дождей. ØВсе загрязнения воздушной среды достигают высоких концентраций и представляют опасность для здоровья и жизни людей. Высокие степени загрязнения атмосферы принято называть токсическими туманами или смогами. 17

Интенсивность загрязнения воздуха в значительной степени зависит от : q времени года (зимой больше чем летом, потому что включаются отопительные системы): q времени суток (максимальное утром, минимальное ночью); q силы и направления ветра (разбавление); q вертикального градиента температуры (температурной инверсии); q степени влажности воздуха (туманы способствуют концентрации загрязнений); q частоты и количества атмосферных осадков; q расстояния по отношению к источникам выбросов. 18

Экономический ущерб При выбросах загрязнений в атмосферу происходит: q Значительная потеря топлива, продукции и других ценных компонентов (потеря недожога, продуктов неполного сгорания, цемента, сернистого газа, окиси углерода и т. д. ) Часто в качестве отходов в воздух выбрасываются весьма ценные продукты. q Выбрасываемые продукты часто являются агрессивными и способствуют более быстрому разрушению строительных конструкций. q Происходит повреждение растительности. Особенно чувствительными породами деревьев являются хвойные и фруктовые, некоторые мхи. q. Страдает животный мир. В сфере интенсивного задымления выбросами от предприятий химической промышленности, а также металлургии (особенно цветной) исчезают звери, птицы, пчелы. 19

Гигиеническое значение загрязнения воздуха Загрязнение атмосферы влияет на: q. Микроклимат населенных мест: Пылевые частицы в воздухе являются ядрами конденсации влаги, при увеличении количества выбрасываемых загрязнений увеличивается число туманов, снижается интенсивность солнечной радиации (ультрафиолетовой части). Снижается биологическое влияние солнечной радиации, снижается общая резистентность организма, снижается степень освещенности, что влияет на функцию зрения, а косвенным образом увеличивает экономический ущерб (приходится больше пользоваться искусственными источниками света). q. Санитарно-гигиеническое состояние населения: Загрязнения атмосферы увеличивают загрязнение окон, квартир, одежды, белья и т. д. , что, в конечном счете, также сказывается на состоянии здоровья людей. q Здоровье людей: Увеличивается количество злокачественных новообразований в легких, количество кожных заболеваний, заболеваний слизистых оболочек 20 дыхательных путей и глаз, обостряются различные хронические

Гигиеническое значение загрязнения воздуха Увеличение количества атмосферных загрязнений снижает также общую резистентность организма. Влияние атмосферных загрязнений на состояние здоровья населения подтверждается многочисленными статистическими данными, полученными при возникновении так называемых токсических туманов (смогов), и при других ситуациях. Согласно данным исследований, проведенных в Германии, смертность от заболеваний дыхательных путей находится в прямой зависимости от степени развития промышленности и составляет (на 100 тысяч жителей): qв крупных городах - 29, 4 qв средних городах - 22, 7 qв мелких городах -17, 5 qв сельской местности - 14, 6. 21

Некоторые данные о влиянии «токсических туманов» на здоровье населения Место Дата Число смертельных исходов Маас (Бельгия) Декабрь, 1930 г. 63 Донора (США) Октябрь, 1948 г. 20 Лондон Декабрь, 1952 г. 3900 Лондон Январь, 1955 г. 240 Лондон Январь, 1956 г. 1000 Лондон Декабрь, 1956 г. 400 Лондон Декабрь, 1957 г. 800 Лондон Январь, 1959 г. 200 Лондон Декабрь, 1962 г. 850 Детройт (США) Сентябрь, 1962 г. Отмечены у детей. Осака (Япония) Декабрь, 1962 г. 60 22

Зависимость обострения хронического бронхита от уровня загрязненности воздуха сернистым газом (Чикаго, США). 23

Гигиеническое значение загрязнения воздуха Под влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит: n разрушение хлорофилла в листьях растений, n ухудшается фотосинтез и дыхание растений, n замедляется рост, n снижается качество древесных насаждений, n снижается урожайность сельскохозяйственных культур, n при более высоких дозах и продолжительном воздействии растительность погибает. 24

Предельно допустимые концентрации загрязняющих компонентов в воздушной среде (ПДК). ПДК - это концентрации, которые не оказывают на человека ни прямого, ни косвенного вредного и неприятного действия, не снижают его трудоспособности, не влияют отрицательно на его самочувствие и настроение. Существуют ПДК - максимально разовые и среднесуточные. Нетоксичн Сернисты Окись ПДК Сажа ая пыль й газ углерода Максимально 0, 5 0, 15 0, 5 5, 0 разовая, мг/м 3 Среднесуточн 0, 15 0, 05 3, 0 ая, мг/м 3 В настоящее время в большом количестве случаев эти концентрации в населенных местах с развитой промышленностью и автотранспортом значительно превышаются К примеру, в крупных городах с развитым автотранспортом (как за рубежом, так и в нашей стране) концентрации окиси углерода достигают иногда 100 мг/м 3. 25

Гигиена атмосферного воздуха в Пензенской области n На территории Пензенской области нет предприятий, оказывающих существенное негативное влияние на качество атмосферного воздуха в межрегиональных масштабах n Экстремально высокого уровня загрязнения атмосферного воздуха в г. Пензе и других промышленных районах области за последние годы не наблюдалось n В крупных городах области (Пенза, Кузнецк, Никольск) наблюдается воздействие экологически неблагополучных предприятий на состояние атмосферного воздуха. n 67% объема воздушных выбросов в атмосферу обусловлено промышленными предприятиями – 6 городов области, в которых сосредоточено более 60% всех предприятий региона. В основном предприятия электроэнергетики. n Возрастает влияние передвижных источников загрязнения атмосферного возраста. 26

Гигиена атмосферного воздуха в Пензенской области n В атмосферный воздух населенных пунктов области поступает около 30 химических веществ от стационарных источников выбросов. n Количество загрязняющих веществ поступающих в атмосферный воздух ежегодно увеличивается n Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха испытывают жители гг. Каменки, Н. -Ломов, Пензы. n Суммарный выброс химических веществ от стационарных источников в атмосферу на 1 жителя территории в 2006 составил по области – 14, 2 кг, по г. Пензе - 15, 4 кг. n В г. Пензе наибольшее загрязнение испытывают жители Железнодорожного района ( 36, 6 кг на 1 жителя) n По индексу загрязнения атмосферы Пенза относится к городам с высоким уровнем загрязнения 27

Восстановление атмосферного воздуха происходит за счет: n Процессов самоочищения воздушной среды, n Мероприятий по охране атмосферного воздуха 28

Самоочищение воздушной среды Факторы самоочищение воздушной среды: q разбавление; q седиментация (осаждение); q извлечение атмосферными осадками; q извлечение зелеными насаждениями; q химические процессы нейтрализации. 29

Самоочищение воздушной среды n Седиментации подвергаются главным образом твердые загрязнения. Для разбавления и седиментации большое значения имеют скорость, направление ветра, величина взвешенных частиц: при скорости ветра 2 м/с при выбросах из трубы высотой 45 м частицы величиной 10 микрон оседают в радиусе 10 км, а частицы величиной 2 микрона - в радиусе 300 км. n Атмосферные осадки играют большую роль в извлечении загрязнений из воздуха. Они вымывают из воздуха не только твердые частицы, но и значительную часть газообразных (что после сильного дождя первоначальные концентрации загрязнений в воздухе восстанавливаются лишь через 12 часов). n Зеленые насаждения механически задерживают пыль, поглощают некоторые газообразные примеси. n Процессы самоочищения протекают медленно и при современных интенсивностях загрязнений не могут обеспечить достаточную эффективность. 30

Охрана атмосферного воздуха Мероприятия по охране атмосферного воздуха : q планировочные, q технологические, q санитарно-технические. 31

Планировочные мероприятия включают: q борьбу с почвенной пылью (благоустройство дорог, обводнение), q правильную планировку городов (с учетом розы ветров), q соблюдение санитарно-защитных зон, q ликвидацию домовых котельных, q укрупнение отопительных систем и вывод их за пределы жилой зоны, q увеличение количества зеленых насаждений. В зависимости от количества и степени вредности выбросов в атмосферу все предприятия разделяют на 5 классов и, соответственно существует 5 санитарно-защитных зон: 1) 1000 м, 2) 500 м, 3) 300 м, 4) 100 м, 5) 50 м. 32

Технологические мероприятия включают: q усовершенствование сгорания топлива, q обогащение углей, q замена одного вида топлива другим (газификация, электрификация), q увеличение эффективности разбавления (высокие трубы). Из технологических мероприятий наиболее эффективными и перспективными следует считать замену одного вида топлива на другой, а также изменение энергетических установок. Усовершенствование сгорания топлива может быть достигнуто более интенсивной аэрацией энергетических установок, а также достижением большей степени дисперсности топлива, чем достигается более хороший контакт этого топлива с кислородом воздуха. . 33

Санитарно-технические мероприятия включают: устройство различных пыле-, золо-, газоулавливателей. К таким очистным устройствам, устанавливаемым в трубах на пути выбросов в атмосферу, относят : n - циклоны - улавливают до 50 % пыли, n - мультициклоны - улавливают до 65 - 70 % пыли, n - мокрые скрубберы - улавливают до 90 % пыли и до 30 % газов, n - электрические фильтры - улавливают до 96 -98 % пыли. n Комбинированными методами удается задержать на пути выбросов до 99 % пылевых загрязнений 34

Главные направления в работе Роспотребнадзора по охране атмосферного воздуха Пензенской области включают: n Контроль за приоритетными загрязнителями атмосферного воздуха и атмосферным воздухом в местах проживания населения и в зонах загрязнения; n Комплексность в работе с природоохранными органами; n Прогнозирование состояния здоровья населения с учетом увеличения или снижения химической нагрузки на население. 35