Охорона атмосферного повітря

Космічний пил утворюється під час згоряння метеоритів. Природний пил є постійною складовою частиною земної атмосфери. Він складається з дрібних завислих у повітрі часточок розміром 10–2...10–3 см, які мають органічне або неорганічне походження. Пил утворюється під час вивітрювання гірських порід і Ґрунту, виверження вулканів, пожеж у лісах, степах і торфовищах, випаровування з поверхні морів та океанів, а також аеропланктоном, бактеріями, спорами рослин, цвільовими та іншими грибами, продуктами гниття, бродіння й розкладання тварин і рослин.

Атмосферний пил сприяє конденсації водяної пари і, таким чином, утворенню осадів, поглинає пряму сонячну радіацію і захищає організми від сонячного опромінення. Біологічне розкладання, що включає життєдіяльність ґрунтових бактерій, сприяє утворенню гідрогенсульфіду, аміаку, вуглеводнів, оксидів нітрогену й карбону.

Усі джерела забруднення атмосферного повітря промисловими викидами можна класифікувати за такими ознаками:

1)     за призначенням: технологічні, що складаються з хвостових газів після вловлювання на установках, продування апаратів та повітряних витяжок; вентиляційні викиди – місцеві відсмоктування від обладнання та загальнообмінна витяжка;

2)     за місцем розташування: незатінені, або високі, що знаходяться в зоні недеформованого вітрового потоку (високі труби і точкові джерела, що видаляють забруднення на висоту, більшу від висоти будівлі в 2,5 раз); затінені, або низькі, розташовані на висоті, меншій у 2,5 раз від висоти будівлі; наземні, розміщені близько до земної поверхні (відкрито розташоване обладнання, каналізаційні колодязі, пролиті токсичні речовини і скиди відходів виробництва);

3)     за геометричною формою: точкові (труби, шахти, дахові вентилятори), лінійні (аераційні ліхтарі, відкриті вікна, близько розташовані витяжні шахти й факели);

4)     за режимом роботи: безперервні і періодичної дії, залпові та миттєві. Залпові викиди можливі під час аварій, спалювання швидкогорючих відходів виробництва на спеціальних площадках знищення. Миттєві викиди забруднення викидаються впродовж часток секунди інколи на значну висоту. Вони трапляються під час підривних робіт і аварій;

5)     за місцем розташування: внутрішньоплощеві, коли викинуті в атмосферне повітря забруднення залишаються у високій концентрації на території промислової зони, тоді як у житлових районах забруднень не спостерігається; позаплощеві, коли вони можуть спричинювати значні забруднення повітря на території житлового району.рис.2.2.1

Рис. 2.2.1 Класифікація забруднень атмосферного повітря
 

2.3. Екологічний вплив забруднень атмосфери

Атмосферне повітря є одним з основних природних ресурсів, без якого людина може прожити лише кілька хвилин, тоді як без їжі – до 70 діб. В організмі людини немає органів, які б забезпечували запас кисню хоч на невеликий проміжок часу, тому її організм змушений постійно і безперервно споживати свіже повітря для підтримання процесів життєдіяльності. Зміна хімічних і фізичних властивостей повітря може порушувати гомеостаз її організму, спричинюючи небажані негативні відхилення в здоров'ї.

Гігієнічне значення атмосфери полягає в забезпеченні процесів життєдіяльності киснем. У людини немає захисних механізмів, які б компенсували нестачу повітря, тому вона повинна постійно споживати в спокійному стані 8-10 л за одну хвилину, 500 л за годину і 12 000 л (15 кг) за добу свіжого повітря. При фізичних навантаженнях споживання повітря збільшується в десятки разів. Якщо в стані спокою людина за годину споживає 500 л кисню, то під час ходьби зі швидкістю 8 км/год. – 5200 л (5 кг). Організм людини адаптувався до чистого повітря, тому він завжди потребує його в чистому вигляді зі сталими властивостями: хімічним складом, температурою, тиском, електричним станом, швидкістю руху та іонізацією.

Ступінь дисперсності твердих часточок, що містяться в повітрі, впливає як на їхні властивості (леткість, розчинність, електричні та оптичні властивості тощо), так і на глибину їх проникнення в органи дихання та затримку в легенях. Якщо розмір часточок становить більш як 10 мкм, вони осідають з наростаючою швидкістю зі збільшенням їх розмірів. Якщо їх розміри знаходяться в межах 0,1‑10 мкм, то вони осідають зі сталою швидкістю. Часточки пилу розміром менш як 0,1 мкм зовсім не осідають і перебувають у постійному броунівському русі.

При надходженні до легенів часточки пилу затримуються на поверхні легеневої тканини, що спричинює їх накопичення, створюючи високу концентрацію токсичних речовин. Маючи велику активну поверхню, самі часточки не тільки мають негативний вплив, а й адсорбують на своїй поверхні велику кількість різних речовин (газів, золів тощо), що також спричинює накопичення токсинів та їх негативну дію на організм. Особливо це небезпечно в разі накопичення радіоактивних і канцерогенних речовин та важких металів. Налічується до 400 канцерогенних речовин, серед яких найбільш активними і дуже небезпечними є бензпірен, дибензантрацен, діоксини та ін.

Радіоміметичні речовини так само, як і іонізуюче випромінювання, пригнічують поділ клітин, викликають злоякісні переродження і мутації. До них належать сполуки, що містять хлоретилову групу метилтіооксигрупу, епоксидну та етиленімідну групи. Характерною особливістю цих речовин є здатність зв'язуватися з білками. В організм вони потрапляють у вигляді золів (туманів) або сорбуючись на аеродисперсіях.

Аеродисперсії змінюють клімат, особливо освітленість. Вплив аеро­дисперсій визначається їх кількістю, дисперсністю, хімічним складом та іншими фізико-хімічними властивостями. Чим менші розміри часточок, тим слабкіше вони затримуються. В альвеолах легенів найкраще затримуються часточки розміром близько 1 мкм. Гігроскопічні часточки здатні коагулювати і збільшувати свої розміри. Поглиблене дихання, наприклад, під час значних фізичних навантажень, збільшує ступінь затримання пилу в легенях. Часточки неправильної форми осідають повільніше. Легше сорбуються в легенях часточки сферичної форми. Часточки з гострими гранями можуть спричинювати мікротравми дихального епітелію, порушувати його бар'єрну функцію, сприяти проникненню мікроорганізмів та розвитку пневмоконіозів.

Більшість твердих часточок несуть на собі негативний або позитивний заряд, що посилює їх здатність затримуватися в легенях. Від хімічних властивостей пилу залежить їхня біологічна активність, зокрема алергенні властивості, фіброгенність, подразнювальна дія тощо. До особливо агресивних фіброгенних речовин належить оксид силіцію (IV), здатний викликати фіброз легенів. На поверхні дихальних шляхів оксид силіцію (IV) утворює силікатну кислоту, яка спричинює силікоз. Шкідливим є пил з кислотними або лужними властивостями, оскільки він зумовлює зміну рН і порушує роботу епітелію. Пил з алергенними властивостями (пил борошна, соломи, льону, бавовни, шовку, шерсті, фруктів, хрому) призводить до появи бронхіальної астми.

Якщо часточки пилу сорбували гази, то вони погано змочуються і слабко коагулюють. Пил може сорбувати також отруйні гази і за певних умов їх десорбувати, спричинюючи отруєння. У разі сорбції пилом кисню він стає легкозаймистим і може викликати вибух. Вибухонебезпечність пилу залежить від його концентрації, дисперсності, вологості, наявності летких сполук тощо. Найнебезпечнішим є органічний пил.

Пил може спричинювати захворювання на туберкульоз, сибірку (легенева форма) у робітників, що займаються заготівлею шерсті. Зерновий пил містить спори різних грибів, у тому числі збудників актиномікозу. Якщо атмосфера забруднена пилом, легені незадовільно вентилюються і стають сприйнятливими до різних легеневих захворювань. Пил може призводити до атрофії та ерозії слизової оболонки носа й носоглотки, катару бронхів, трахеї, загострення туберкульозу легенів, нападів бронхіальної астми. Пил може сорбувати й нести на собі канцерогенні, мутагенні, токсичні та радіоміметичні речовини.

Забруднення атмосферного повітря призводить до погіршення санітарно-гігієнічних показників: збільшується частота туманів, зменшується видимість і прозорість для ультрафіолетового випромінювання, погіршуються санітарно-побутові умови життя населення, спостерігається негативний вплив на розвиток рослин та організм людини. Тумани збільшують охолоджуваність тіла, гнітюче впливають на настрій та самопочуття людей. Збільшення кількості пилу в атмосфері зменшує її прозорість і видимість. Пил і сажа проникають у помешкання, забруднюючи їх. Це призводить до того, що мешканці менше провітрюють свої помешкання, а отже, менше споживають свіжого повітря. Забруднення споруд і будинків попелом, сажею та смолами призводить до того, що сірчисті сполуки руйнують будівельні матеріали і зумовлюють корозію металів [9, 138].

Забруднення атмосфери вражають фруктові дерева, ліси, сільськогосподарські культури та трав'яний покрив. Для рослин особливо небезпечними є сірчистий газ, хлор, фтор, пил і смолисті речовини. Отруйні гази токсично діють на протоплазму рослинних клітин, сірчистий газ пригнічує процеси фотосинтезу. Пил і сажа закупорюють продихи клітин рослин, ускладнюють доступ сонячних променів до хлоропластів. У лісах, які задимлюються промисловими підприємствами, зникають бджоли, птахи та звірі.

2.4. Глобальний вплив забруднень атмосфери

2.4.2. Парниковий ефект

Клімат на нашій планеті в минулому періодично змінювався. За тисячі й мільйони років чергувалися періоди значного похолодання й навіть зледеніння та теплі епохи Нині ж учені дуже занепокоєні: схоже на те, що Земля розігрівається значно швидше, ніж це було будь-коли в минулому. Це спричинено швидким збільшенням вмісту в атмосфері вуглекислого газу В земній атмосфері вуглекислий газ діє як скло в парнику: пропускає сонячне світло, але затримує тепло розігрітої Сонцем поверхні Землі Це викликає розігрівання планети, відоме під назвою парникового ефекту. "Мені здається, – пише У Болдерс, президент Національного центру вивчення атмосфери (США), – що зупинити це явище ніяк не можна. Парниковий ефект може бути трохи більшим чи трохи меншим, але він неминучий". Інші вчені-кліматологи настроєні не так категорично. Справа в тому, що клімат Землі залежить від багатьох факторів – одні зумовлюють потепління, інші – похолодання, а які переважають, сказати з певністю не можна Крива природних коливань клімату нині прямує донизу, тобто до похолодання, що перевищує тенденцію до збільшення температури за рахунок парникового ефекту (рис 2.1). Проте найближчим часом результат взаємовпливу цих факторів має зміститися в бік зростання температури.

Рис. 2.2. Збільшення температури атмосфери Землі за рахунок СО2 (а), СН4 (б), NaO (в), фреонів (г) і в цілому (д): пунктирна лінія в правій частині кожного графіка вказує на підвищення температури й кількості парникових газів у тому разі, коли антропогенний тиск на довкілля зростатиме тими ж темпами, що й нині, штрих-пунктирна – на збільшення температури за умови запровадження найсуворіших екологічних обмежень [1, 165]

Останнім часом тривога вчених з приводу парникового ефекту зросла Виявилося то крім СО2 парниковий ефект викликають деякі інші гази, які називають малими домішками. Моделювання на ЕОМ, проведене І. Каролем, свідчить, що подвоєння в атмосфері вмісту закису азоту (NaO) підвищило б температуру на 0,7 °С, метану (СН4) – на 0,4, водяної пари (Н2О) – на 0,3, фторхлорметанів, або фреонів – на 0,8 °С.

У чому ж небезпека парникового ефекту? Як свідчать розрахунки вчених, підвищення середньої річної температури Землі на 2,5 °С викличе значні зміни на Землі, більшість яких для людей буде мати негативні наслідки. Парниковий ефект змінить такі критично важливі перемінні величини, як опади, вітер, шар хмар, океанські течії, а також розміри полярних крижаних шапок. Внутрішні райони континентів стануть більш, сухими, а узбережжя вологішими, зими – коротшими й теплішими, а літо – тривалішим і жаркішим. Основні кліматичні зони змістяться на північ (у північній півкулі) приблизно на 400 км. Це викличе потепління в зоні тундри, танення шару вічної мерзлоти у високих широтах. З одного боку, покращаться умови судноплавства в полярних морях, які значною мірою звільняться від криги, з іншого-значно зросте кількість небезпечних для судноплавства айсбергів, особливо в Атлантичному й Індійському океанах, тобто на найбільш напружених судноплавних трасах (табл. 2.4).

Таблиця 2.4

Можливі кліматичні зміни, спричинені парниковим ефектом (Хьютон, 1991)